Interferenza distruttiva
Prendiamo il più semplice esempio accademico per l'interferenza. Dal momento che non è un vero esperimento, si possono avere contraddizioni scioccanti.
Ad esempio: 2 onde piane monocromatiche con ampiezze (parallele) che si propagano nella stessa direzione. I vettori Poynting delle 2 onde senza sovrapposizione sono sempre costanti. Una volta sovrapposto, il vettore di Poynting risultante è costante, ma dipende dalla differenza di fase.
Allora, come spiegare il bilancio energetico? Se c'è una ridistribuzione dell'energia forse può essere facile, ma quando i tre valori sono costanti nello spazio ... Qual è la giusta spiegazione? -
Risposte
Non credo che il "flusso di energia" sia una variabile ben definita per le onde elettromagnetiche.
Il singolo fotone alla volta l'esperimento della doppia fenditura, mostra che l'energia dalle linee scure è passata a quelle luminose
- Registrazione con telecamera a fotone singolo di fotoni da una doppia fenditura illuminata da luce laser molto debole. Da sinistra a destra: fotogramma singolo, sovrapposizione di 200, 1'000 e 500'000 fotogrammi.
Quindi non c'è problema di conservazione dell'energia .
Questo video dei corsi aperti del MIT aiuta a comprendere la complessità dei modelli di interferenza da due fasci: Ottica: Interferenza distruttiva - Dove va la luce? . Mostra sperimentalmente che la luce proveniente dalle frange scure ritorna alla sorgente dei raggi collimati. Quindi l'energia complessiva viene conservata.
È necessario eseguire un esperimento specifico, inclusa la sorgente dei raggi, per rispondere in dettaglio sulla conservazione dell'energia e vedere dove scorre l'energia durante l'interferenza.
Il bilancio energetico è davvero un problema interessante. Per un'onda piana monocromatica la sorgente è un foglio infinito di corrente sinusoidale.
Non è banale ma è semplice calcolare il vettore di Poynting per questa disposizione. Quando lo fai, scopri che l'energia si propaga lontano dal foglio corrente con uguale densità di potenza su entrambi i lati del foglio. Quando calcoli ulteriormente$\vec E \cdot \vec J$al foglio corrente stesso si scopre che il lavoro svolto dalla corrente è uguale alla potenza irradiata. Quindi la conservazione dell'energia vale.
Ora, le equazioni di Maxwell sono lineari e invarianti di traslazione, quindi puoi semplicemente spostare il foglio corrente di una certa distanza per ottenere due fogli correnti. Il campo totale dalla somma dei due fogli correnti è semplicemente la somma dei campi di ciascun foglio.
Tuttavia, sebbene i campi si sommino linearmente, l'energia non è lineare. Quindi potresti prendere un foglio di corrente che da solo produce onde con una determinata densità di potenza$P_1$ e un secondo foglio che da solo produce una densità di potenza $P_2$ e quando le aggiungi insieme ottieni onde con una densità di potenza $P\ne P_1+P_2$.
La chiave è riconoscere che le due fonti si influenzano a vicenda. Se calcoli il lavoro svolto dal primo foglio lo troverai$\vec E \cdot \vec J \ne P_1$. In altre parole, la presenza della seconda sorgente ha cambiato il lavoro necessario alla prima sorgente per produrre la stessa corrente.
Tali sorgenti sono chiamate accoppiate e questo accoppiamento può essere dannoso per gli amplificatori di potenza RF che pilotano le antenne accoppiate. La densità di potenza delle due onde è diversa dalla somma delle onde originarie, ma corrisponde alla potenza prodotta dalle sorgenti accoppiate.