Где используются электромагнитные волны приборы

Электромагнитное излучение. Виды и применение. Влияние

Электромагнитное излучение представлено одноименными волнами, которые приводятся в возбуждение под воздействием различных объектов излучения в виде молекулярных, атомных и заряженных частиц.

Разновидности и из чего состоит электромагнитное излучение

Существует несколько его разновидностей:

  • Видимый свет . Это излучение, способное восприниматься человеческим зрением. Волновая длина достаточно короткая и варьируется в пределах 380-780 нанометров.
  • Инфракрасное . Представляет собой что-то среднее между световым излучением и волнами радио.
  • Радиоволны . Отличаются наибольшей длиной и вмещают в себя все разновидности излучения, волны которых характеризуются длиной от полумиллиметра.
  • Ультрафиолетовое . Излучение, приносящее вред живому организму.
  • Рентгеновское . Производится электронными частицами и нашло широкое применение в медицине.
  • Гамма-излучение . Имеет самую короткую длину волн, представляя высокий уровень опасности для человеческого организма.

Где используются электромагнитные волны приборы

Характеристику любой электромагнитной волны составляют три основных параметра:

  • Частота . Выражает количество гребней волны, проходящих в течение одной секунды. Мера измерения -герцы.
  • Поляризация . Описывает колебания электромагнитных волн в поперечном направлении. Поляризованным излучение становится при волновых колебаниях, происходящих в одной плоскости. На практике данное явление можно встретить в кинотеатрах на сеансах 3Д. Посредством поляризации в 3Д-очках происходит разделение картинки.
  • Длина . Представляет собой расстояние, соединяющее точки электромагнитного излучения, которые колеблются в пределах одной фазы.

Распространение электромагнитного излучения возможно в любой среде, начиная плотным веществом и заканчивая вакуумом. При этом скорость распространения волны в вакуумном пространстве достигает 300 тысяч км в секунду. К примеру звуковые волны, в вакууме не распространяются.

Принцип действия

Электромагнитное излучение имеет энергию, основной характеристикой которой является ее напряженность. Существует постоянное и переменное поле электромагнитных волн.

Первое — характеризуется напряженностью, которая обуславливается силой, оказывающей каталитическое действие на токовый проводник. В качестве единицы напряжения выступает ампер. Переменная разновидность совмещает в себе магнитную и электрическую разновидности магнитных полей, которые расширяются в пространстве в виде волн.

Область распространения включает в себя три зоны:

Свойства

Известно, что для электромагнитных волн характерны определенные свойства, о которых впервые заговорил Максвелл. Эти свойства обуславливаются различиями и зависимостью от параметра длины. Именно в соответствии с этими параметрами волны электромагнитных полей подразделяются на диапазоны, которые, в свою очередь, имеют достаточно условную шкалу, поскольку расположенные рядом частоты накладывают свои свойства друг на друга.

К таковым — относятся:

  • Высокая проникающая способность.
  • Быстрая скорость растворения в веществе.
  • Негативное и благотворное влияние на человека.
Применение и влияние

Свое широкое применение электромагнитное излучение получило только в конце 19-го века, когда активно развивалась радиосвязь, посредством которой стало возможно общение на далеком расстоянии.

В качестве главных электромагнитных источников выступают крупные объекты промышленного масштаба, а также различные электрические линии передач. Помимо этого, рассматриваемый вид излучения получил активное применение в военной сфере. Там они представлены радарами и другими электрическими приборами, имеющих сложное устройство.

В медицинской области для лечения разнообразных болезней применяется инфракрасное излучение. Кроме этого:

  • Посредством рентгеновского обследования становится возможным выявление внутренних повреждений в человеческом организме.
  • Лазер позволяет проводить операции, которые требуют ювелирной точности и т.п.

Однако, несмотря на перечисленную выше пользу, электромагнитное излучение может спровоцировать возникновение ряда негативных признаков:

Повышенное воздействие определенных видов электромагнитных волн способно привести к повреждениям органов, расположенных внутри, и мозговой центральной нервной системы, что впоследствии чревато психическими расстройствами.

Во избежание столь отрицательных влияний существуют определенные стандарты, которые регулируют безопасность электромагнитного воздействия. Так, для каждого из видов электромагнитного излучения разработаны конкретные документы регулирующего характера в виде гигиенических норм и радиационных стандартов.

Электромагнитное излучение влияет на человеческий организм и остается до конца неизученным, по причине чего рекомендуется свести к минимуму его воздействие.

Достоинства и недостатки

Главным преимуществом ЭМИ является его активное применение в медицинской сфере. Посредством рентгеновского и инфракрасного излучений становится возможным обследование внутренних органов с последующим выявлением возможных заболеваний.

Где используются электромагнитные волны приборы

К недостатку же электромагнитного излучения следует отнести негативное воздействие на организм человека в случаях, когда это влияние превышает нормы. По возможности его необходимо избегать. Более того, известен накопительный эффект биологического влияния излучения: чем он длительней, тем более негативнее последствия.

Многолетнее воздействие способно привести к:

Особенности

Простым обывателям может быть непонятна схожесть между разными, на первый взгляд, объектами электромагнитного излучения, к примеру: Первые объекты — электромагнитные источники, вторые — представлены приемниками. Также отличается и влияние определенных видов излучения на живой организм, к примеру:

Где используются электромагнитные волны приборы

  • Рентген и излучение гамма-частицами провоцируют повреждение тканевых структур и внутренних органов.
  • Видимый свет при определенных условиях может негативно повлиять на зрение.
  • Инфракрасные лучи могут оказывать чрезмерный нагрев на организм.
  • При этом радиоволны практически никак не ощущаются.

Однако перечисленные выше отличия выступают различными аспектами одного явления. Электромагнитное излучение обладает волнами, которые имеют схожую распространительную скорость в пространстве. При этом количество колебаний в течение временной единицы может измеряться в широких диапазонных значениях. Окружающее нас пространство насыщено электромагнитным излучением, которое связано не только с радиоволнами, но и с окружающими телами.

Электромагнитные устройства: назначение, виды, требования, конструкции

Назначение электромагнитных устройств

Производство, преобразование, передача, распределение или потребление электрической энергии осуществляются при помощи электротехнических устройств. Из всего их многообразия выделим электромагнитные устройства, работа которых основана на явлении электромагнитной индукции, сопровождающемся возникновением магнитных потоков.

К статическим электромагнитным устройствам относят дроссели, магнитные усилители, трансформаторы, реле, пускатели, контакторы и другие устройства. К вращающимся — электродвигатели и генераторы, электромагнитные муфты.

Где используются электромагнитные волны приборы

Совокупность ферромагнитных деталей электромагнитных устройств, предназначенных для проведения основной части магнитного потока, называется магнитной системой электромагнитного устройства. Особой конструктивной единицей такой системы является магнитопровод. Магнитные потоки, проходящие через магнитопроводы, могут частично замыкаться по немагнитной среде, образуя магнитные потоки рассеяния.

Магнитные потоки, проходящие через магнитопровод, могут создаваться при помощи постоянных или переменных электрических токов, протекающих в одной или более индуктивных катушках. Такая катушка представляет собой элемент электрической цепи, предназначенный для использования его собственной индуктивности и/или его магнитного поля.

Одна или несколько катушек образуют обмотку. Часть магнитопровода, на которой или вокруг которой расположена обмотка, называется сердечником, часть, на которой или вокруг которой обмотка не расположена, называется ярмом.

Расчет основных электрических параметров электромагнитных устройств базируется на законе полного тока и законе электромагнитной индукции. Явление взаимоиндукции используется для передачи энергии из одной электрической цепи в другую.

Где используются электромагнитные волны приборы

Требования к магнитопроводам электромагнитных устройств

Требования к магнитопроводам зависят от функционального назначения электромагнитных устройств, в которых они используются.

В электромагнитных устройствах могут одновременно использоваться постоянные и/или переменные магнитные потоки. Постоянный магнитный поток не вызывает потерь энергии в магнитопроводах.

Магнитопроводы, работающие в условиях воздействия постоянного магнитного потока (например, станины машин постоянного тока), можно изготавливать из литых заготовок с последующей механической обработкой. При сложной конфигурации магнитопроводов экономичнее изготавливать их из нескольких элементов.

Прохождение через магнитопроводы переменного магнитного потока сопровождается потерями энергии, которые называют магнитными потерями. Они вызывают разогрев магнитопроводов. Снизить разогрев магнитопроводов можно специальными мерами для их охлаждения (например, работа в масле). Такие решения усложняют их конструкцию, увеличивают затраты на их производство и эксплуатацию.

Магнитные потери состоят из:

Потери на гистерезис могут быть уменьшены за счет использования магнитомягких ферромагнетиков, имеющих узкую петлю гистерезиса.

Потери на вихревые токи обычно снижают:

использованием материалов с меньшей удельной электрической проводимостью;

изготовлением магнитопроводов из электрически изолированных лент или пластин.

Где используются электромагнитные волны приборы

Распределение вихревых токов в различных магнитопроводах: а – в литом; б – в набранном из деталей, изготовленных из листового материала.

Средняя часть магнитопровода в большей степени охватывается вихревыми токами по отношению к его поверхности, что приводит к «вытеснению» основного магнитного потока к поверхности магнитопровода, т. е. возникает поверхностный эффект.

Это приводит к тому, что при некоторой частоте, характерной для материала данного магнитопровода, магнитный поток будет полностью сосредоточен в тонком приповерхностном слое магнитопровода, толщина которого определяется глубиной проникновения на данной частоте.

Где используются электромагнитные волны приборы

Наличие вихревых токов, протекающих в магнитопроводе из материала с малым электрическим сопротивлением, приводит к соответствующим потерям (потерям на вихревые токи).

Задача уменьшения потерь на вихревые токи и максимального сохранения магнитного потока решается изготовлением магнитопроводов из отдельных деталей (или их частей), которые электрически изолированы друг от друга. При этом площадь поперечного сечения магнитопровода остается неизменной.

Широко применяются штампованные из листового материала пластины или ленты, навитые на сердечник. Для изоляции поверхностей пластин (или лент) можно применять различные технологические приемы, из которых чаще всего используют нанесение изолирующих лаков или эмалей.

Магнитопровод из отдельных деталей (или их частей) позволяет:

уменьшить потери на вихревые токи за счет перпендикулярного расположения пластин по отношению к направлению их циркуляции (в этом случае уменьшается длина контуров, по которым возможна циркуляция вихревых токов);

получить незначительную неравномерность распределения магнитного потока, так как при малой толщине листового материала, соизмеримой с глубиной проникновения, экранирующее действие вихревых токов невелико.

К материалам магнитопроводов могут предъявляться и другие требования: стойкость к воздействию температуры и вибрации, низкая себестоимость и т. п. При проектировании конкретного устройства выбирается тот магнитомягкий материал, параметры которого лучше всего удовлетворяют заданным требованиям.

Где используются электромагнитные волны приборы

В зависимости от технологии изготовления магнитопроводы электромагнитных устройств можно разделить на 3 основные группы:

Пластинчатые магнитопроводы набирают из отдельных, электрически изолированных друг от друга пластин, что позволяет уменьшить потери на вихревые токи. Ленточные магнитопроводы получают навивкой ленты определенной толщины. В таких магнитопроводах влияние вихревых токов значительно снижается, так как плоскости ленты покрывают изолирующим лаком.

Формованные магнитопроводы изготавливают литьем (электротехнические стали), методами керамической технологии (ферриты), смешением компонентов с последующим прессованием (магнитодиэлектрики) и другими методами.

При изготовлении магнитопровода электромагнитного устройства необходимо обеспечить его заданную конструкцию, которая определяется многими факторами (мощностью устройства, рабочей частотой и т. д.), и в том числе – наличием или отсутствием в устройстве прямого или обратного преобразования электромагнитной энергии в механическую.

Конструкции устройств, в которых такое преобразование происходит (электродвигатели, электрогенераторы, реле и т. п.), включают в себя детали, перемещающиеся под влиянием электромагнитного взаимодействия.

Устройства, в которых электромагнитная индукция не вызывает преобразования электромагнитной энергии в механическую (трансформаторы, дроссели, магнитные усилители и т. п.), называются статическими электромагнитными устройствами.

В статических электромагнитных устройствах в зависимости от конструкции наиболее часто используются броневые, стержневые и кольцевые магнитопроводы.

Формованные магнитопроводы могут иметь более сложную конструкцию по сравнению с листовыми и ленточными.

Где используются электромагнитные волны приборы

Формованные магнитопроводы: а – кольцевой; б–г – броневой; д – чашечный; е, ж – стержневой; з – многоотверстный

Броневые магнитопроводы отличаются простотой конструкции и, как следствие, технологичностью. Кроме того, такая конструкция обеспечивает лучшую (по сравнению с другими) защиту катушек от механических воздействий и электромагнитных помех.

Стержневые магнитопроводы отличаются:

малой чувствительностью к помехам (так как ЭДС помех, наводимых в соседних катушках, противоположны по знаку и частично или полностью компенсируются);

меньшей (по отношению к броневым) массой при одинаковой мощности;

меньшим (по отношению к броневым) рассеянием магнитного потока.

К недостаткам устройств на основе стержневых магнитопроводов (по отношению к устройствам на основе броневых) относятся трудоемкость изготовления обмоток (особенно при размещении на разных стержнях) и их меньшая защищенность от механических воздействий.

Кольцевые магнитопроводы за счет малых потоков рассеяния отличаются, с одной стороны, хорошей помехозащищенностью, а с другой – малым влиянием на рядом расположенные элементы радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). По этой причине они широко применяются в радиотехнических изделиях.

Недостатки кольцевых магнитопроводов связаны с их нетехнологичностью (трудности при навивке обмоток и установке электромагнитных устройств в месте использования) и ограниченностью по мощности – до сотен ватт (последнее объясняется нагревом магнитопровода, который не имеет прямого охлаждения из-за расположенных на нем витков катушки).

Выбор типа и вида магнитопровода осуществляется с учетом возможности получения наименьших значений его массы, объема и стоимости.

Достаточно сложные конструкции имеют магнитопроводы устройств, в которых происходит прямое или обратное преобразование электромагнитной энергии в механическую (например, магнитопроводы вращающихся электрических машин). В таких устройствах используются формованные или пластинчатые магнитопроводы.

Где используются электромагнитные волны приборы

Виды электромагнитных устройств

Дроссель – устройство, используемое в качестве индуктивного сопротивления в цепях переменного или пульсирующего тока.

Магнитопроводы с немагнитным зазором используются в дросселях переменного тока, которые служат для накопления энергии, и в сглаживающих дросселях, предназначенных для сглаживания пульсаций выпрямленного тока. При этом существуют дроссели, в которых размер немагнитного зазора можно регулировать, что необходимо для изменения индуктивности дросселя в процессе его работы.

Магнитный усилитель – устройство, состоящее из одного или нескольких магнитопроводов с обмотками, с помощью которого в электрической цепи, питаемой от источника переменного напряжения или переменного тока, может изменяться ток или напряжение по величине, основанное на использовании явления насыщения ферромагнетика при действии постоянного подмагничивающего поля.

Принцип работы магнитного усилителя основан на изменении дифференциальной магнитной проницаемости (измеряемой на переменном токе) при изменении постоянного тока подмагничивания, поэтому простейшим магнитным усилителем является дроссель насыщения, содержащий рабочую обмотку и обмотку управления.

Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, имеющее две (или более) индуктивно связанные обмотки и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока.

Мощность трансформатора определяется максимально возможной индукцией материала магнитопровода и его размерами. Поэтому магнитопроводы (обычно стержневого типа) силовых трансформаторов большой мощности собираются из листов электротехнической стали толщиной 0,35 или 0,5 мм.

Электромагнитным реле называется электромеханическое реле, работа которого основана на воздействии магнитного поля неподвижной обмотки на подвижный ферромагнитный элемент.

Любое электромагнитное реле содержит две электрические цепи: цепь входного (управляющего) сигнала и цепь выходного (управляемого) сигнала. По принципу устройства управляемой цепи различают неполяризованные и поляризованные реле. Работа неполяризованных реле, в отличие от поляризованных реле, не зависит от направления тока в управляющей цепи.

Где используются электромагнитные волны приборы

Вращающаяся электрическая машина – устройство, предназначенное для преобразования энергии на основе электромагнитной индукции и взаимодействия магнитного поля с электрическим током, содержащее, по крайней мере, две части, участвующие в основном процессе преобразования и имеющие возможность вращаться или поворачиваться друг относительно друга.

Часть электрических машин, которая включает неподвижный магнитопровод с обмоткой, называется статором, а вращающаяся часть – ротором.

Электрическая машина, предназначенная для преобразования механической энергии в электрическую, называется электромашинным генератором. Электрическая машина, предназначенная для преобразования электрической энергии в механическую, называется вращающимся электродвигателем.

Приведенные примеры использования манитомягких материалов для создания электромагнитных устройств не являются исчерпывающими. Все эти принципы также применяются при разработке магнитопроводов и других электротехнических изделий, в которых используются катушки индуктивности, например коммутационных электрических аппаратов, магнитных замков и т. п.

Источник