Dlaczego fale elektromagnetyczne odrywają się od anteny?
W większości wyjaśnień, jak działają anteny, mówią, że z powodu załamań pola elektrycznego antena spotyka się w jednym punkcie i odłącza się ... Szukałem powodów, dla których tak się dzieje, ale wszystko, co otrzymałem, to odpowiedź mówiąca, że fale elektromagnetyczne przemieszczają się w kierunek wektora Poyntinga.
Mam więc 2 pytania:
Dlaczego pole elektryczne odrywa się od anteny i rozchodzi się?
Czy można to wytłumaczyć wektorem Poyntinga?
Odpowiedzi
Tworzenie równań Maxwella było długie, a eksperymentalne potwierdzenie, że światło jest przewidywanymi przez nie falami elektromagnetycznymi, zajęło trochę czasu. Istnieją „prawa” , relacje, które zostały zdefiniowane na podstawie obserwacji eksperymentalnych, które są aksjomatyczną warstwą podkładową, tak że równania wydają się spójne i dają falę elektromagnetyczną jako część jej rozwiązań, co ostatecznie pasowało do obserwacji świetlnych w tamtym czasie. Wyjaśnia również matematycznie klasyczną falę elektromagnetyczną z anteny.
W elektrodynamice klasycznej zmieniający się prąd generuje fale elektromagnetyczne. Poruszający się ładunek o stałej prędkości jest prądem ładunku. Przyspieszona naładowana cząstka jest zmiennym prądem i dlatego musi wydzielać fale elektromagnetyczne zgodnie z równaniami. Tak działają anteny, zmieniając prądy. W tamtym czasie obecni nosiciele byli hipotezą.
Teraz wiemy, że są to elektrony i jony dodatnie, w zależności od konfiguracji. Na poziomie mechaniki kwantowej zmiana prędkości elektronu oznacza interakcję z polem, polegającą na oddaniu energii lub wypromieniowaniu energii. Istnieją precyzyjne obliczenia QM dotyczące prawdopodobieństwa wypromieniowania fotonu przez przyspieszony elektron. Teorie fizyki mają ciągłość i można wykazać matematycznie, że zbieg fotonów tworzy klasyczną falę elektromagnetyczną równań Maxwella.
„Pole elektryczne odłącza się” od anteny, ponieważ nie jest to zwykłe pole elektrostatyczne, ale zamiast tego jest to fala poprzeczna generowana przez przyspieszone elektrony w antenie. Przyspieszone naładowane cząstki wytwarzają takie rozchodzące się fale pola elektrycznego.
Wektor Poyntinga jest miarą przepływu energii EM, sam w sobie nie wyjaśnia, jak zachowuje się pole elektryczne. Wyjaśniają to równania Maxwella (i warunki brzegowe).