สนาม E และ B อยู่ในระยะของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าหรือไม่?

ฉันเพิ่งเขียนคำตอบนี้ซึ่งฉันพูดว่า:

คลื่นวิทยุเป็นแม่เหล็กไฟฟ้ารังสี รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าประกอบด้วยสององค์ประกอบหนึ่งไฟฟ้าและหนึ่งแม่เหล็ก ส่วนประกอบเหล่านี้สร้างซึ่งกันและกันดังที่ได้กล่าวข้างต้น สนามแม่เหล็กสีแดงสร้างสนามไฟฟ้าสีน้ำเงินซึ่งสร้างสนามแม่เหล็กถัดไปและอื่น ๆ

ฉันได้รับแผนภาพนี้จากวิกิพีเดีย แต่หนังสือฟิสิกส์ของฉันและจิมฮอว์กินส์ WA2WHVให้แผนภาพเดียวกัน

ในความคิดเห็นการสนทนาตาม:

แลงลาทรอป : แผนภาพแรกของคุณผิด จริง ๆ แล้วฟิลด์ B และ E นั้นมีระยะห่างกัน 90 องศาไม่ใช่เฟสที่แสดง พลังงานพุ่งอย่างต่อเนื่องไปมาระหว่างเขต E และ B

Keelan : แน่ใจนะ? Wikipedia และหนังสือฟิสิกส์ของฉันแสดงต่างออกไป เขตข้อมูลทั้งสองควรมีอัตราส่วนคงที่ฉันเชื่อว่าไม่สามารถเกิดขึ้นได้เมื่ออยู่นอกเฟส ฟิลด์หนึ่งเป็นแนวนอนและอีกแนวตั้งมีมุม 90 องศา - แผนภาพคือความพยายามในการแสดงสามมิติ

Olin Lathrop : อืม ฉันเข้าใจพวกเขาเสมอในการสร้างพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัส แต่ฉันไม่มีเวลาที่จะค้นหามันในตอนนี้ นี่อาจเป็นกรณีของไดอะแกรมที่ไม่ดีอย่างหนึ่งที่ถูกคัดลอกโดยคนอื่น ๆ จำนวนมาก พลังงานอยู่ที่ไหนเมื่อทั้งสองฟิลด์กด 0 ในแผนภาพของคุณ? ในการสร้างพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัสผลรวมของกำลังสองของแต่ละแอมพลิจูดของสนามนั้นเป็นค่าคงที่ซึ่งให้คำอธิบายที่ดีว่าพลังงานสามารถคงอยู่ได้อย่างไร มันลื่นไถลไปมาระหว่างสองฟิลด์ แต่ผลรวมของมันจะเท่ากันเสมอ

ฉันทำตามตรรกะของแลงและไม่สามารถบอกตัวเองได้ว่าทำไมทุ่งถึงอยู่ในช่วง ดังนั้นคำถามของฉันคือสนาม E และ B ของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในเฟสหรือไม่? เราจะเข้าใจสิ่งนี้ได้อย่างไร

ความสมบูรณ์ของสมการของแมกซ์เวลล์ทำให้ตำราเรียนในวิทยาลัยเต็มไปหมด

แต่เมื่อพิจารณาการแผ่รังสีจากเสาอากาศ (กระแสที่ไหลในตัวนำเชิงเส้น) มันจะเดือดลงไปตามความจริงที่ว่ามีองค์ประกอบที่แตกต่างกันมากมายในสนาม E (ไฟฟ้า) และ H (แม่เหล็ก) รอบ ๆ เสาอากาศ สำหรับฟิลด์ H มีองค์ประกอบหนึ่งที่ได้สัดส่วนกับ 1 / r ²และอีกองค์ประกอบหนึ่งที่เป็นสัดส่วน 1 / r สำหรับฟิลด์ E มีองค์ประกอบ^สามส่วนคือองค์ประกอบ1 / r ³ส่วนประกอบ 1 / r ²และส่วนประกอบ 1 / r

1 / r ³เทอมเป็นสนามไฟฟ้าไฟฟ้าสถิตไดโพลซึ่งหมายถึงพลังงานที่เก็บไว้ในสนาม capacitive เช่นเดียวกันคำว่า 1 / r ²หมายถึงพลังงานที่เก็บไว้ในสนามอุปนัย สิ่งนี้แสดงถึง "การเหนี่ยวนำตนเอง" ของตัวนำเสาอากาศซึ่งสนามแม่เหล็กที่ผลิตโดยกระแสเหนี่ยวนำให้เกิด "back EMF" บนตัวนำนั้นเอง เฉพาะคำว่า 1 / r เท่านั้นที่แสดงถึงพลังงานที่นำออกจากเสาอากาศ

ใกล้เสาอากาศซึ่งส่วนประกอบ1 / r ³และ 1 / r ²ครองความสัมพันธ์เฟสระหว่าง E และ H นั้นซับซ้อนและสาขาเหล่านี้จะเก็บพลังงานในลักษณะที่ Olin อธิบายและคืนพลังงานกลับไปที่เสาอากาศเอง .

อย่างไรก็ตามใน "สนามไกล" (เช่นมากกว่า 10 ความยาวคลื่นห่างจากเสาอากาศ) ส่วนประกอบ 1 / r ของสนามครองการสร้างคลื่นระนาบคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและองค์ประกอบเหล่านี้อยู่ในขั้นตอนซึ่งกันและกัน

ความต้านทานของพื้นที่ว่างเป็นค่าคงที่ ค่าของมันคือสัดส่วนกับอัตราส่วนของ E และ H

เป็นปริมาณตัวต้านทานซึ่งหมายความว่า E และ H จะต้องเพิ่มขึ้นและลดลงในขนาดด้วยกัน

วิกิพีเดีย: -

ความสับสนเกิดขึ้นจากความจริงที่ว่าพวกเขา (สนามแม่เหล็กไฟฟ้าและเวกเตอร์แม่เหล็ก) อยู่ห่างกัน 90 องศาในอวกาศไม่ใช่เวลา กล่าวคือ:

$E \cdot B = 0$$E \times B$

$\hat{z}$$\vec{E} = \hat{x}E_0 \cos\left(\omega t - kz\right)$

โดยทั่วไปไดอะแกรมเช่นเดียวกับที่เชื่อมโยงกับคำถามอาจเป็นสิ่งที่ดีสำหรับการแสดงเขตข้อมูลในอวกาศและถ้าคุณดูอย่างรอบคอบคุณจะเห็นการยุติฟิลด์ การดูสมการอาจเป็นเพียงการเปิดเผยและถ้าคุณผ่านคณิตศาสตร์ Maxwell จะให้คำตอบ

ในการอ้างถึงWikipedia :

ชิ้นส่วนไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กตั้งอยู่ในอัตราส่วนความแข็งแรงคงที่เพื่อตอบสนองสมการแมกซ์เวลสองตัวที่ระบุว่าจะผลิตหนึ่งจากอีกอันหนึ่งได้อย่างไร ฟิลด์ E และ B เหล่านี้ยังอยู่ในเฟสด้วยซึ่งจะถึง maxima และ minima ที่จุดเดียวกันในอวกาศ (ดูภาพประกอบ) ความเข้าใจผิดที่พบบ่อยคือสนาม E และ B ในการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าอยู่นอกเฟสเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงในอันใดอันหนึ่งก่อให้เกิดอีกอันหนึ่งและสิ่งนี้จะสร้างความแตกต่างของเฟสระหว่างพวกมันในฐานะฟังก์ชันไซน์ - อยู่ใกล้กับเสาอากาศ)

แรงดันไม่ได้ขึ้นอยู่กับสนามแม่เหล็ก แต่ขึ้นอยู่กับอัตราการเปลี่ยนแปลง ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำจึงสูงที่สุดเมื่อสนามแม่เหล็กเป็นศูนย์เมื่ออนุพันธ์ของมันสูงที่สุด

สำหรับพลังงานคงที่ในคลื่น EM เราต้องการส่วนประกอบแม่เหล็กและส่วนประกอบไฟฟ้าของแรงดันไฟฟ้าที่จะเป็น 90 องศาจากเฟส: ดังนั้นเราต้องการผลของสนามแม่เหล็กจะยิ่งใหญ่ที่สุดเมื่อสนามไฟฟ้าเป็น 0; สิ่งนี้จะเกิดขึ้นเมื่อฟิลด์อยู่ในเฟส

ใช่พวกเขาอยู่ในเฟสหรือ -180 °เฟสตามที่ระบุโดย "Captainj2001" เมื่อใช้สมการแมกซ์เวลล์เพื่อสาธิต

$\vec{E}$$\vec{B}$$\vec{H}$ ) แต่ตอนนี้ฉันมั่นใจหลังจากทำตามเหตุผลของสมการแมกซ์เวล

$\vec{E}$$\vec{B}$$\vec{E} \times \vec{B}$ (พอยต์เวกเตอร์) ในทิศทางเดียวกัน และสิ่งนี้จะเกิดขึ้นเนื่องจากเวกเตอร์ Pointing นั้นสอดคล้องกับการแพร่กระจายของคลื่นเสมอ

$Ex$$By$$\vec{z}$$\vec{E} \times \vec{B} = \hat{z}Ex By$$Ex$$By$$\vec{E}$$\vec{B}$