ความแตกต่างระหว่างแม่เหล็กไฟฟ้าและรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าคืออะไร?


12

ในคำถามก่อนหน้านี้ฉันถามว่ามีลวด 2 ขดลวดที่มีกระแสไฟฟ้าไหลจากขดลวดหนึ่งไปอีกสายหนึ่งเป็น RF หรือไม่และพวกเขาตอบว่าไม่ใช่ความถี่วิทยุ ฉันงงเพราะฉันคิดว่านี่เป็นการส่งสัญญาณไร้สายของสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนไปซึ่งก็คือ RF

ฉันคิดว่าอัตราการแกว่งปัจจุบันของ AC คือความถี่ของ RF (ดังนั้นอินพุต 60 เฮิรตซ์ AC ฉันคิดว่าจะให้สัญญาณ RF 60 เฮิรตซ์) ฉันก็บอกว่าไม่ได้

ฉันต้องการทราบความแตกต่างระหว่างการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าและเพียงแค่การเปลี่ยนสนามแม่เหล็กไฟฟ้า

คำตอบ:


8

มีเหตุผลสองประการที่คำถามก่อนหน้านี้ของคุณไม่เกี่ยวกับวิทยุ อย่างแรกคือวิทยุนั้นเปลี่ยนจาก 3kHz เป็น 300GHz อย่างเป็นทางการ อย่างที่สองก็คือหม้อแปลงจะใช้หลักการที่แตกต่างจากคลื่นวิทยุ เหตุผลข้อที่สองคือสิ่งที่คุณต้องการถาม: หม้อแปลงใช้แม่เหล็กไฟฟ้าคลื่นวิทยุยึดตามคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

การทำความเข้าใจในหัวข้อนี้นั้นยากมากและมีอยู่สำหรับหลาย ๆ คนในข้อสันนิษฐานมากมาย ฉันจะพยายามให้คำอธิบายง่ายๆสำหรับคนธรรมดาซึ่งคุณจะต้องยอมรับสมมติฐานเพิ่มเติมมากกว่าคำอธิบายโดยละเอียดด้านล่าง

คำอธิบายของคนธรรมดา

อย่างที่คุณทราบสนามแม่เหล็กหมายถึงวัสดุอื่น ๆ เช่นโลหะถูกดึงดูดโดยผู้อื่น เราสามารถสร้างสนามแม่เหล็กโดยการปล่อยกระแสไฟฟ้าสลับผ่านลวดหรือขดลวด นั่นคือสิ่งที่เกิดขึ้นในขดลวดปฐมภูมิของหม้อแปลง อีกวิธีหนึ่งการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กจะสร้างกระแสในขดลวด - นั่นคือสิ่งที่เกิดขึ้นในขดลวดทุติยภูมิ คุณสมบัติเหล่านี้ของสนามแม่เหล็กและปัจจุบันจะเรียกว่าเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นรูปแบบเฉพาะของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ในการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าสนามแม่เหล็กจะสร้างสนามไฟฟ้า (แค่สมมติว่า) แต่อยู่ห่างจากตัวนำที่เริ่มต้นด้วยการสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้า สนามไฟฟ้าจะสร้างสนามแม่เหล็กให้ห่างออกไปมากขึ้นเรื่อย ๆ มันจะไปเรื่อย ๆเนื่องจากคุณสมบัติเฉพาะของสนาม นั่นคือกุญแจสำคัญในการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า

เมื่อคุณทำการทดสอบโดยใช้หม้อแปลงขดลวดทุติยภูมิจะมีอยู่ภายในหนึ่งความยาวคลื่นของคลื่นที่เกิดขึ้น ซึ่งหมายความว่าไม่มีกระแสไฟฟ้าในขดลวดทุติยภูมิเนื่องจากการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า แต่เนื่องมาจากการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า: สนามไฟฟ้าไม่ได้สร้างกันและกัน

คุณสามารถพิสูจน์การมีอยู่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าโดยการเคลื่อนย้ายคลื่นมากกว่าหนึ่งความยาวคลื่น - เท่านั้นจากนั้นคุณสามารถมั่นใจได้ว่าทุ่งนาสร้างกันและกัน

คำอธิบายโดยละเอียด

มีความสับสนเกิดขึ้นที่นี่และสาเหตุที่เป็นเช่นนั้นก็คือหลักการทางทฤษฎีที่อยู่เบื้องหลังคลื่นวิทยุและความถี่วิทยุไม่จำเป็นต้องไปด้วยกัน ดูวิทยุวิกิพีเดีย :

วิทยุคือการส่งสัญญาณไร้สายผ่านพื้นที่ว่างโดยการแผ่รังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของความถี่อย่างมีนัยสำคัญต่ำกว่าแสงที่มองเห็นในช่วงความถี่วิทยุจากประมาณ 30 kHz ถึง 300 GHz คลื่นเหล่านี้เรียกว่าคลื่นวิทยุ รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าเคลื่อนที่ผ่านสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ผ่านอากาศและสุญญากาศของอวกาศ

หมายเหตุ: ฉันเชื่อว่าขั้นต่ำ 30kHz ควรเป็น 3kHz (อ้างอิง: ที่นี่และที่นี่ )

คุณสามารถเห็นได้ว่าอาจมีคลื่นอื่น ๆ โดยใช้หลักการเดียวกันและทำงานในลักษณะเดียวกันโดยมีความถี่ <3kHz หรือ> 300GHz ซึ่งไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของ "วิทยุ" คลื่นเหล่านั้นไม่ใช่คลื่นวิทยุและพวกเขาไม่ได้อยู่ในคลื่นความถี่วิทยุ แต่มันก็เหมือนกันเมื่อคุณลืมความถี่

แต่มีอีกมากมาย! คลื่นวิทยุเป็นแม่เหล็กไฟฟ้ารังสี รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าประกอบด้วยสององค์ประกอบหนึ่งไฟฟ้าและหนึ่งแม่เหล็ก ส่วนประกอบเหล่านี้สร้างซึ่งกันและกันดังที่ได้กล่าวข้างต้น สนามแม่เหล็กสีแดงสร้างสนามไฟฟ้าสีน้ำเงินซึ่งสร้างสนามแม่เหล็กถัดไปและอื่น ๆ

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

จากรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า Wikipedia :

การแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นรูปแบบเฉพาะของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าทั่วไป(สนาม EM) ซึ่งเกิดจากประจุที่เคลื่อนที่ การแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้านั้นสัมพันธ์กับสนามแม่เหล็กไฟฟ้า EM ที่อยู่ห่างจากประจุที่เคลื่อนที่ได้ซึ่งทำให้เกิดการดูดกลืนรังสี EM ไม่ส่งผลต่อพฤติกรรมของประจุที่เคลื่อนที่เหล่านี้อีกต่อไป

สิ่งที่เรากำลังพยายามที่จะทำในคำถามก่อนหน้าของคุณถูกจริงๆเพียงแค่ยกขึ้นแม่เหล็กอ่อนแอฟิลด์เพราะนั่นคือสิ่งที่ขดลวดทุติยภูมิไม่

ผมคิดว่าตอนนี้คุณกำลังสงสัย แต่ไม่หม้อแปลงทำรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าหรือมันเป็นเพียงสนามแม่เหล็ก? มาดูกันด้วยWikipedia รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า :

... สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กใน EMR 1อยู่ในอัตราส่วนคงที่ของความแข็งแรงซึ่งกันและกันและยังสามารถพบได้ในเฟส ...

1: รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าเมื่อเทียบกับสนามแม่เหล็กไฟฟ้า - หมายเหตุโดยผู้เขียน

ลองนึกถึงหม้อแปลง สนามแม่เหล็กถูกสร้างขึ้นเมื่อกระแสการเปลี่ยนแปลง สมมติว่าเรามีไซน์บริสุทธิ์เป็นปัจจุบันค เราจะได้รับการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าในช่วงเวลาที่เฉพาะเจาะจงโดยการใช้อนุพันธ์ของไซนัสที่ซึ่งเป็นโคไซน์ดังนั้น:ค ตอนนี้ให้ดูฟังก์ชั่นและซึ่งควรมีอยู่ใน "อัตราส่วนคงที่ของความแข็งแรงต่อกัน" และในเฟสB ( t ) = c o s ( t ) I(t)=sin(t)cI ( t ) B ( t )B(t)=cos(t)cI(t)B(t)

หมายเหตุ: ค่าคงที่เป็นเพราะสูตรขึ้นอยู่กับสิ่งอื่นเช่นกันซึ่งไม่เกี่ยวข้องในขณะนี้และค่าคงที่ในสถานการณ์ที่เฉพาะเจาะจงc

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

คุณสามารถเห็นฟังก์ชั่นเหล่านั้นไม่ได้อยู่ในช่วง พวกเขาไม่ได้อยู่ในอัตราส่วนคงที่ซึ่งกันและกันเช่นกัน คุณจะเห็นว่าโดยการวางแผน :f(t)=sin(t)cos(t)=tan(t)

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

ดังนั้นไม่หม้อแปลงไม่ได้แผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า คลื่นไม่ได้อยู่ในอัตราส่วนคงที่ของความแข็งแกร่งซึ่งกันและกันและไม่อยู่ในช่วง การทดสอบที่คุณทำกับหม้อแปลงในคำถามก่อนหน้าของคุณนั้นขึ้นอยู่กับสนามแม่เหล็ก

ความแตกต่างระหว่างยกขึ้นแม่เหล็กนี้สนามแม่เหล็กและรังสีเป็นที่รู้จักกันเป็นความแตกต่างระหว่างข้อมูลที่อยู่ใกล้และไกล

สรุป

มีสาเหตุหลักสองประการที่ทำให้การทดสอบของคุณไม่เกี่ยวกับวิทยุ อย่างแรกคือมันเป็นแค่ความถี่ที่ผิด ประการที่สองคือขดลวดที่มีกระแส AC ไม่ได้ให้รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า

การอ้างอิง


ทั้งหมดนี้เป็นเรื่องน่าเศร้ามาก ทุกครั้งที่จำเป็นต้องมีคำอธิบายของคนธรรมดาคำตอบจะมีกราฟจำนวนมหาศาลที่มีฟังก์ชั่นตรีโกณมิติ ฉันเชื่ออย่างยิ่งว่าไม่ควรเป็นอย่างนี้
sharptooth

@ sharptooth คุณพูดถูก ฉันคิดว่า skyler สามารถเข้าใจสิ่งนี้ได้ แต่ฉันได้เพิ่มคำอธิบายของคนธรรมดาที่ด้านบนของคำตอบ

@OlinLathrop คุณแน่ใจหรือไม่? Wikipedia และหนังสือฟิสิกส์ของฉันแสดงต่างออกไป เขตข้อมูลทั้งสองควรมีอัตราส่วนคงที่ฉันเชื่อว่าไม่สามารถเกิดขึ้นได้เมื่ออยู่นอกเฟส ฟิลด์หนึ่งเป็นแนวนอนและอีกแนวตั้งมีมุม 90 องศา - แผนภาพคือความพยายามในการแสดงสามมิติ

1
@OlinLathrop จุดที่ดี ฉันติดตามตรรกะของคุณ แต่ไม่สามารถหาไดอะแกรมใด ๆ ที่มีสองฟิลด์อยู่นอกเฟส ฉันไม่มีความรู้ที่จะตอบคำถามนี้ดังนั้นฉันจึงถามคำถามเกี่ยวกับมัน: electronics.stackexchange.com/q/64519/17592

@Kortuk อืมแล้วสมการของ Maxwellล่ะ? นอกจากนี้คุณอาจลองตอบรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

2

การมีเพศสัมพันธ์หม้อแปลง 50 / 60Hz ไม่ใช่ RF เพราะมันทำงานโดยการมีเพศสัมพันธ์ของปฏิกิริยาในสิ่งที่เรียกว่า "ใกล้สนาม" นี่คือภาพจากวิกิพีเดียในเขตใกล้และไกล: -

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

ที่ความยาวคลื่นของเสาอากาศ (หรือความถี่ที่คุณใช้เป็นพลังงานคู่) สนามใกล้จะกลายเป็นสนามไกล เขตข้อมูลไกลถือเป็น "RF ที่เหมาะสม" และสามารถแสดงด้วยการลดลงของรังสีเป็นตารางของระยะทาง

ทีนี้ลองพิจารณาหม้อแปลงที่ 50Hz - ความยาวคลื่น - 6,000 กม. - จะอยู่ใกล้กับสนามแม่เหล็กคู่ ไม่ใช่ rf


การสนทนาที่น่าสนใจ ฉันถ่ายรูปเสาอากาศแบบลูปที่ปรับจูนด้วยความถี่ที่ต่ำกว่าเช่นแฮมแบนด์ 472kHz เขตข้อมูลไกลจากนั้นเกิดขึ้นที่ระยะทางกายภาพขนาดใหญ่ ที่ 100m และใกล้กว่าคุณอยู่ในเขต fresnel หรือ reactive และขดลวดเสาอากาศอื่น ๆ ที่นี่จะทำหน้าที่เหมือนกับหม้อแปลงทุติยภูมิคู่ที่หลวมมาก ๆ แต่ห่างจากผู้สังเกตการณ์ (หรือหลายพันไมล์) จะบอกว่าคุณมีเสาอากาศ มากกว่าหม้อแปลง สำหรับความถี่สูงการเปลี่ยนแปลงนี้เกิดขึ้นใกล้กับเสาอากาศในแง่ของมนุษย์ซึ่งส่วนใหญ่ไม่สำคัญ
user103218

ที่ความถี่นั้นและด้วยเสาอากาศแบบลูปที่ปรับจูนอย่างปานกลางมันจะสร้างสนาม E ได้น้อยมากและมันก็เป็นเสาอากาศที่ส่งสัญญาณได้แย่มาก แต่เนื่องจากมันทำงานได้ดีในการแปลงสนามแม่เหล็กให้เป็นแรงดันไฟฟ้า ในฐานะที่เป็นผู้รับมันอยู่ในเขตข้อมูลห่างไกลเว้นแต่จะเป็นแอปพลิเคชันประเภทแท็ก
แอนดี้อาคา

2

ฉันคิดว่าคุณได้รับส่วนใหญ่มาจากประโยคสุดท้ายของคุณ สนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนไปนั้นไม่เหมือนกับวิทยุ

วิทยุจริงกำลังแพร่กระจายพลังงาน. คุณสามารถนึกถึงพลังงานที่ถูกผูกไว้ในการเต้นเฉพาะระหว่างสนาม E (ไฟฟ้า) และสนาม B (แม่เหล็ก) ทั้งสองเข้าด้วยกันการสั่นในทางที่ถูกต้องทำให้เกิดพลังงานที่จะแพร่กระจายด้วยความเร็วแสงผ่านพื้นที่ว่าง แสงที่มองเห็นได้เป็นตัวอย่างหนึ่งของสิ่งนี้ เป็นส่วนเล็ก ๆ ของสเปกตรัมขนาดใหญ่ที่ลดลงไป (แต่ไม่ใช่ที่ DC) และรังสีแกมม่าที่ผ่านมาและรังสีคอสมิก วิทยุ AM ทั่วไปอยู่ที่ประมาณ 1 MHz ซึ่งมีความยาวคลื่น 300 เมตร FM ทั่วไปมีความถี่สูงกว่าประมาณ 100 เท่าดังนั้นความยาวคลื่นที่สั้นกว่า 100 เท่าดังนั้น 100 MHz และ 3 เมตร อินเตอร์เน็ตไร้สายทำงานที่ 2.4 GHz ซึ่งความยาวคลื่น 125 มม. มีไมโครเวฟที่มีความยาวคลื่นเพียงไม่กี่ 10 มม. การแผ่รังสี "terahertz" ที่สนามบินใช้เพื่อตรวจดูเสื้อผ้าของคุณอินฟราเรดแสงที่มองเห็น (ประมาณ 500 นาโนเมตร) รังสีอัลตราไวโอเลตรังสีเอกซ์รังสีแกมมาและอื่น ๆ ทั้งหมดนี้เป็นสิ่งเดียวกันยกเว้นความถี่ของการแกว่ง เนื่องจากพวกเขาทั้งหมดเดินทางด้วยความเร็วแสงเท่ากันในพื้นที่ว่างคุณจึงสามารถจำแนกลักษณะของพวกมันได้ด้วยความยาวคลื่น

ฟิลด์ E และ B แต่ละฟิลด์สามารถรองรับฟิลด์ที่ไม่แพร่กระจายได้เช่นกัน พันสายไฟรอบ ๆ สลักเกลียวเหล็กหรือแกนเฟอร์ไรต์เปิดกระแสไฟฟ้าและคุณมีสนามแม่เหล็ก วัสดุแม่เหล็กไฟฟ้าเช่นเหล็กจะถูกดึงดูดเข้าหาแม่เหล็กไฟฟ้านี้ อย่างไรก็ตามโปรดทราบว่าพลังงานของฟิลด์นี้ไม่ได้ถูกส่งไปที่ใด มีสนามแม่เหล็กไฟฟ้าอยู่รอบ ๆ และลดลงอย่างรวดเร็วตามระยะทาง คุณสามารถเปลี่ยนแปลงสนามไฟฟ้าได้ตลอดเวลาโดยการขับกระแสแม่เหล็กไฟฟ้าด้วยกระแสไฟฟ้า AC จากนั้นให้แม่เหล็กไฟฟ้าอื่นที่อยู่ใกล้เคียงกลับด้านเพื่อสร้างสัญญาณไฟฟ้าในสายไฟจากสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลง ในความเป็นจริงนี่เป็นพื้นฐานของการทำงานของหม้อแปลง ใช่คุณสามารถถ่ายโอนสัญญาณและพลังที่สำคัญด้วยวิธีนี้ แต่มันไม่ใช่วิทยุ ตัวอย่างเช่น, ไม่มีวิธีการจัดเรียงของกระจิ๋วหลิวแม่เหล็กทำให้เกิดการรบกวนของคลื่นวิทยุบีในการฉายรังสีโดยเฉพาะอย่างยิ่ง คุณสามารถกำหนดรูปทรงของสนามแบบโลคัลและในทางทฤษฎีจะขยายไปถึงความเป็น inifinity ที่ความเร็วของแสง แต่มันไม่เหมือนกับการส่งคลื่นวิทยุ (หรือลำแสงหรือลำแสงเรดาร์ ฯลฯ )

เช่นเดียวกับที่คุณสร้างอุปกรณ์สนาม B คุณสามารถสร้างสนามไฟฟ้าสถิตย์ เช่นเดียวกับสนามแม่เหล็กจากแม่เหล็กไฟฟ้าสนามไฟฟ้านี้สามารถตรวจจับได้ในพื้นที่และกำลังสำคัญที่ถ่ายโอนในระยะใกล้ แต่อีกครั้งพลังงานของสนามนั้นไม่ได้ถูก "ส่ง" ที่ไหน จะมีพลังงานที่มันเปล่งประกายในตัวเองต้องเป็นเพียงแค่การมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างเขต B และ E ที่เราเรียกว่ารังสีแม่เหล็กไฟฟ้า เรามักจะได้รับความสะเพร่าเล็กน้อยและอ้างถึงวิทยุที่เรียกว่า "RF" RF ย่อมาจากความถี่วิทยุแต่บ่อยครั้งที่เราใช้เพื่อหมายถึงวิทยุทุกชนิด


1

จากWiki :

Radio frequency (RF) เป็นอัตราการแกว่งในช่วงประมาณ 3 kHz ถึง 300 GHz ซึ่งสอดคล้องกับความถี่ของคลื่นวิทยุและกระแสสลับซึ่งส่งสัญญาณวิทยุ

ทำไม 3KHz และไม่ใช่ 2.9 KHz การประชุม !

ความจริงก็คือรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถเกิดขึ้นได้ที่ความถี่ใด ๆ เช่นที่คลื่นความถี่เอลฟ์จาก 3 Hz ถึง 300 Hz แต่รังสี EM ไม่จำเป็นต้องเป็นRF

โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.