GetAClass - физика и здравый смысл

#physics
#физика

Сегодня мы разберём интересный и весьма непростой парадокс. В колебательном контуре ток и напряжение сдвинуты по фазе на 90°, при этом магнитное поле пропорционально току, а электрическое поле — напряжению, так что вблизи контура магнитное и электрическое поля тоже сдвинуты на 90°.

Антенна также является колебательным контуром, но почему тогда в электромагнитной волне, которую она создаёт, этот сдвиг исчезает, и колебания магнитного и электрического полей происходят синфазно?

Чтобы ответить на этот вопрос, мы рассмотрели колебания вибратора Герца — антенны, состоящей из двух шаров и соединяющего их проводника. В ближней зоне на расстоянии много меньше длины волны, но при этом гораздо больше размеров вибратора, его можно рассматривать как диполь. Здесь магнитное поле оказывается много меньше электрического, и поэтому почти вся энергия антенны то закачивается в электрическое поле, то наоборот, электрическое поле отдаёт энергию в антенну. При этом в электромагнитную волну уходит лишь малая доля этой энергии.

Однако дипольное приближение не даёт точного решения уравнений Максвелла, и теперь надо учесть, что переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое поле. Это поле мало в ближней зоне, но зато оно падает с расстоянием гораздо медленнее электрического поля диполя, и в дальней зоне на расстоянии много больше длины волны становится преобладающим. Осталось учесть запаздывание электрического поля по сравнению с колебаниями вибратора, связанное с конечностью скорости света, и снова вернуться к уравнениям Максвелла. Из них следует, что порождаемое электрическим полем вихревое магнитное поле колеблется в той же самой фазе!

В итоге мы получаем, что вблизи антенны электрическое и магнитное поля сдвинуты по фазе почти на 90°. Почти, потому что если бы сдвиг фазы был в точности равен 90°, то энергия антенны вообще не уходила бы в волну. А вдали от антенны электрическое и магнитное поля осциллируют практически в одной фазе.

Смотрите наш ролик новый англоязычный ролик «Electromagnetic wave paradox» и не забывайте ставить лайки!

P.S. По данной ссылке можно посмотреть русскоязычный выпуск «Парадокс электромагнитной волны» на удобной платформе.

[Поддержите нас]

YouTube

Electromagnetic wave paradox

Why in an oscillating circuit current and voltage (and therefore magnetic and electric fields around) are 90° phase shifted, but in an electromagnetic wave electric and magnetic fields have the same phase? In the video we deal with this question.

Keywords:…

www.group-telegram.com/jp/getaclass_channel.com/863

3.0K viewsApr 19 at 08:14

#physics
#физика

Сегодня мы разберём интересный и весьма непростой парадокс. В колебательном контуре ток и напряжение сдвинуты по фазе на 90°, при этом магнитное поле пропорционально току, а электрическое поле — напряжению, так что вблизи контура магнитное и электрическое поля тоже сдвинуты на 90°.

Антенна также является колебательным контуром, но почему тогда в электромагнитной волне, которую она создаёт, этот сдвиг исчезает, и колебания магнитного и электрического полей происходят синфазно?

Чтобы ответить на этот вопрос, мы рассмотрели колебания вибратора Герца — антенны, состоящей из двух шаров и соединяющего их проводника. В ближней зоне на расстоянии много меньше длины волны, но при этом гораздо больше размеров вибратора, его можно рассматривать как диполь. Здесь магнитное поле оказывается много меньше электрического, и поэтому почти вся энергия антенны то закачивается в электрическое поле, то наоборот, электрическое поле отдаёт энергию в антенну. При этом в электромагнитную волну уходит лишь малая доля этой энергии.

Однако дипольное приближение не даёт точного решения уравнений Максвелла, и теперь надо учесть, что переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое поле. Это поле мало в ближней зоне, но зато оно падает с расстоянием гораздо медленнее электрического поля диполя, и в дальней зоне на расстоянии много больше длины волны становится преобладающим. Осталось учесть запаздывание электрического поля по сравнению с колебаниями вибратора, связанное с конечностью скорости света, и снова вернуться к уравнениям Максвелла. Из них следует, что порождаемое электрическим полем вихревое магнитное поле колеблется в той же самой фазе!

В итоге мы получаем, что вблизи антенны электрическое и магнитное поля сдвинуты по фазе почти на 90°. Почти, потому что если бы сдвиг фазы был в точности равен 90°, то энергия антенны вообще не уходила бы в волну. А вдали от антенны электрическое и магнитное поля осциллируют практически в одной фазе.

Смотрите наш ролик новый англоязычный ролик «Electromagnetic wave paradox» и не забывайте ставить лайки!

P.S. По данной ссылке можно посмотреть русскоязычный выпуск «Парадокс электромагнитной волны» на удобной платформе.

[Поддержите нас]

BY GetAClass - физика и здравый смысл