Definiţie

Cāmpul electromagnetic (EMF) este ansamblul cāmpurilor electrice şi magnetice, care oscilează şi se generează reciproc la trecerea curentului electric printr-un conductor. Cāmpul electromagnetic se propagă īn spaţiu īn toate direcţiile şi constituie una din forţele principale ale naturii. Cāmpul electric este produs de un curent electric care traversează un conductor staţionar, iar cel magnetic de un curent electric care traversează un conductor īn mişcare.
Īn viziunea clasică, cāmpul electromagnetic este un cāmp uniform şi continuu, care se propagă sub forma de unde. Īn viziunea teoriei cuantice, cāmpul electromagnetic este compus din particule.

 

Descrierea matematică

Cāmpurile electric şi magnetic sunt reprezentate prin cāmpuri vectoriale tridimensionale. Aceste cāmpuri vectoriale au cāte o valoare definită īn fiecare punct, valori care sunt funcţii ale coordonatelor de spaţiu şi timp. Astfel, ele sunt notate de obicei prin  (cāmpul electric) şi  (cāmpul magnetic).

Dacă numai E este nenul şi constant īn timp, cāmpul se numeşte cāmp electrostatic. Dacă numai B este nenul şi constant īn timp, cāmpul se numeşte cāmp magnetostatic. Dacă unul din cele două cāmpuri este dependent de timp, atunci ambele cāmpuri trebuie considerate ca un cāmp unitar (electromagnetic), descris de ecuaţiile lui Maxwell. Īn vid, aceste ecuaţii vectoriale sunt:

 (legea lui Gauss)

 (legea de magnetism a lui Gauss)

 (legea lui Faraday)

  (legea Ampčre-Maxwell),

unde ρ este densitatea sarcinii,  este permitivitatea spaţiului vid,  este permeabilitatea spaţiului vid şi J este vectorul densităţii curentului. Īntr-un material liniar, ecuaţiile lui Maxwell se modifică prin īnlocuirea permitivităţii şi permeabilităţii spaţiului vid cu cele ale materialului respectiv.
Legea forţei Lorentz descrie interacţiunea cāmpului electromagnetic cu materia īncărcată cu sarcină electrică.
Cānd un cāmp circulă prin mai multe medii, proprietăţile cāmpului se modifică īn funcţie de diferitele condiţii la frontiera mediilor. Componentele tangenţiale ale cāmpurilor electric şi magnetic relativ la frontiera celor două medii sunt:

 

 (fără curent)

 (fără sarcină)

 Unghiul de refracţie a unui cāmp electric īntre medii depinde de permitivitatea  a fiecărui mediu:

 

 Unghiul de refracţie a unui cāmp electric īntre medii depinde de permeabilitatea (μ) a fiecărui mediu:

 

Undele electromagnetice şi aplicaţii

Cāmpul electromagnetic este un cāmp rotativ şi se propagă sub formă de unde electromagnetice, cu o viteză care depinde de permitivitatea şi permeabilitatea mediului. Frecvenţa undelor este egală cu frecvenţa cu care se deplaseaza electronii. Lungimile de undă ale undelor electromagnetice variază īntr-un interval foarte larg. Astfel, īn telecomunicaţii se folosesc unde electromagnetice ale căror lungimi de undă ajung la mai multe mii de metri, pe cānd lungimile de undă ale radiaţiilor gama emise de unele elemente radioactive au valori de ordinul a m.
Undele electromagnetice se propagă īn aer cu viteza luminii (300.000 m/s), aproximativ egală cu viteza lor de propagare īn vid. Conform acestei teorii, emise de J. C. Maxwell, lumina şi radiaţiile asemănătoare (radiaţiile infraroşii, ultraviolete, etc.) sunt tot de natură electromagnetică, diferind īntre ele prin lungimile de undă.
Informaţia se recepţionează la distanţă prin radio, televiziune, telefonie mobilă. Purtătorii informaţiei sunt undele electromagnetice de frecvenţă ridicată, modulate pe undele de joasă frecvenţă care conţin informaţia. Undele electromagnetice emise de antenele de emisie se refractă, se difractă, interferează şi sunt atenuate pānă ajung la antena receptorului.

Undele hertziene (unde lungi, medii, scurte, ultrascurte, microunde) sunt emise de oscilaţiile electronilor din antenele emiţătoare folosite īn sistemele de radiocomunicaţii şi microunde (televiziune, radar, cuptoare, etc.).

Radiaţiile infraroşii sunt unde electromagnetice emise de corpurile calde, fiind şi una din cele trei categorii īn care sunt īmparţite radiaţiile solare (radiaţiile infraroşii, lumina vizibilă şi radiaţiile ultraviolete). Ele se obţin prin oscilaţiile moleculelor, atomilor şi ionilor, iar amplitudinile lor depind de temperatura corpurilor şi de tranziţia electronilor către īnvelişurile interioare ale atomilor. Sunt puternic absorbite de apă sau de alte substanţe şi produc īncălzirea acestora. Inclusiv corpul uman absoarbe aceste raze, percepāndu-le drept caldură. Radiaţiile sunt folosite īn diferite procese de īncălzire şi uscare, īn construirea detectoarelor cu lumină infraroşie, pentru imprimarea imaginilor pe filme sensibile la lumina infraroşie, la fotocopiatori termici.

 Radiaţiile vizibile sunt percepute de ochiul uman. Sunt emise de soare, stele, lămpi cu filamente incandescente a căror temperatură poate atinge 2000 - 3000˚C, tuburi cu descărcări de gaze, arcuri electrice. Emisia luminii se obţine īn urma tranziţiilor electronilor pe niveluri energetice inferioare ale atomilor.

Radiaţiile ultraviolete sunt emise de soare, stele, corpuri īncălzite puternic şi vaporii de mercur din tuburi de sticlă specială de cuarţ (care nu absoarbe acest tip de radiaţii). Radiaţiile conţinute īn lumina solară se absorb īn mare parte īn stratul superior al atmosferei (stratul de ozon). Cu cāt altitudinea creşte, cu atāt cresc şi radiaţiile ultraviolete. Lumina ultravioletă īncurajează formarea vitaminei D şi omoară bacteriile. Este de asemenea utilă īn dermatologie, la iluminatul fluorescent şi la instalaţii industriale de numerotare. Radiaţiile se obţin īn urma tranziţiei electronilor de pe niveluri cu energii mari pe niveluri cu energii mici.

Radiaţiile X sunt emise de tuburi Röntgen, īn care sunt acceleraţi electroni īn cāmpuri electrice intense, astfel īncāt aceştia pătrund īn interiorul īnvelişurilor electronice ale atomilor anodului sau gazului din tub şi smulg electroni din straturile de lāngă nuclee, īn urma frānării acestor electroni şi īn urma tranziţiilor ulterioare ale electronilor de pe niveluri cu energii mici. Au frecvenţe mari şi sunt folosite pentru realizarea radiografiilor medicale, deoarece sunt absorbite diferit de muşchi şi oase, impresionānd plăcile fotografice. Radiaţiile sunt folosite şi īn scopuri terapeutice, ajutānd la combaterea dezvoltării ţesuturilor celulare bolnave.

Radiaţiile cosmice şi radiaţiile gamma sunt emise īn procesele de dezintegrare nucleară, īn reacţiile nucleare din stele (sunt absorbite de atmosferă) şi īn reactoarele nucleare terestre. Sunt cele mai penetrante, avānd frecvenţele şi energiile cele mai mari. Sunt folosite īn defectoscopie, pentru sterilizare, precum şi īn medicină (la tratarea cancerului).

Radiaţiile X, radiaţiile cosmice şi radiaţiile gamma formează categoria radiaţiilor ionizante, avānd efectul cel mai nociv asupra sănătăţii omului. Restul radiaţiilor sunt neionizante, care la rāndul lor pot avea efecte nocive, īn funcţie de parametrii cāmpului care le produce.

 

index »