¿La propagación de ondas electromagnéticas realmente usa$E$ para crear$B$

Question

Yo estaba estudiando cómo las ondas electromagnéticas (ondas EM) se generan y propagan. Se me mostró una antena dipolo con una fuente de corriente ALTERNA de chapoteo cargos de ida y vuelta.

A mi entender, cuando los cargos son acelerados de su campo de líneas de cambio y "actualizar" el actual líneas de campo, a fin de crear un pulso de líneas de campo eléctrico, se muestra a continuación (el crédito Alfred Centauri aquí) la carrera a la que fuera hasta el infinito

Como esta era una corriente en el alambre, también crearía una coincidencia con el campo magnético, el cual también carreras fuera hasta el infinito en su propio derecho? Así que con estos dos elementos que hemos completado el eléctrico y magnético de una parte de la onda EM.

Sin embargo, el libro de texto también nos habla de cómo el cambio de los campos eléctricos que inducen a los campos magnéticos (y viceversa). Cuando ocurre eso? No creo que el campo eléctrico necesita nada para "inducir" al frente de la derecha? No los campos eléctrico y magnético sólo seguir propagando porque son líneas de campo?

Así que mi pregunta es, ¿cómo esta "iniciación" se producen y cómo se produce el siguiente segmento de la onda?

Answer 1

Los campos magnéticos no inducen campos eléctricos y no eléctricos campos de inducir a los campos magnéticos. Ellos son simultáneamente inducida por las corrientes variables en el tiempo y por el tiempo de los derechos variables que son las fuentes y las causas de los campos. Esto ha sido bien conocido desde 1908 [1].

Ha sido desde erróneamente rebautizado como "Jefimenko las ecuaciones", ver. https://en.wikipedia.org/wiki/Jefimenko%27s_equations.

Estas ecuaciones han sido bien conocidas para los ingenieros que desde la década de 1930 cuando Stratton y Chu, publicado en la "Teoría de la Difracción de las Ondas Electromagnéticas" Phys. Modif. de 1 de julio de 1939, vol. 56.

El profesor McDonald escribió un fascinante nota [2] sobre el tema y que debería ser de lectura obligatoria para todos los EE/Phys majors mientras que la sustitución de cientos de libros de texto utilizados en la EM de la enseñanza.

Aquí se reproducen en la forma de Mcdonald'escribió:

$$ \textbf{E} = \int \frac{[\rho]\hat{\textbf{n}}}{R^2}d\textbf{x}' +\frac{1}{c}\int \frac{([\textbf {J}]\cdot \hat{\textbf{n}})\hat{\textbf{n}}+([\textbf {J}] \times \hat{\textbf{n}}) \times \hat{\textbf{n}}}{R^2}d\textbf{x}' + \frac{1}{c^2}\int \frac{([\dot {\textbf {J}}] \times \hat{\textbf{n}}) \times \hat{\textbf{n}}}{R}d\textbf{x}'$$

$$\textbf{B} = \frac{1}{c}\int \frac{[\textbf {J}]\times \hat{\textbf{n}}}{R^2}d\textbf{x}' + \frac{1}{c^2}\int \frac{[\dot {\textbf {J}}] \times \hat{\textbf{n}}}{R}d\textbf{x}'$$

En estas ecuaciones, el corchetes, significa tomar el retraso de tiempo de $[f]=f(t-R/c)$. Observe que tanto los campos eléctrico y magnético se expresa como el retraso de las funciones de la densidad de carga $\rho$ y la densidad de corriente de $\textbf{J}$. En esta interpretación los dos "$\textrm{curl}$" ecuaciones de Maxwell son restricciones como la de dos campos de desarrollar mi pero uno no inducir el otro, de crear fuentes de campos.

La belleza de Ignatowsky las ecuaciones es que de forma expresa y por separado mostrar la reacción de los campos y la propagación de los campos. Los reactivos o de los campos estáticos son los únicos que tienen $1/R^2$ dependencia y son inducidas por cargas y corrientes, mientras que la propagación de los campos de ha $1/R$ en los respectivos integrands y ellos inducida por el tiempo de la tasa de variación de la densidad de corriente. Además también es manifiestamente muestran que la propagación de los campos son perpendiculares uno al otro y también a la dirección de propagación, es decir, la propagación de campo es una onda transversal y son inducidas por el tiempo de la tasa de variación de la densidad de corriente.

Desde una corriente es una carga en movimiento, $\textbf{J}=\rho \textbf{v}$, la tasa de tiempo de la corriente es la aceleración de la carga, por lo tanto la propagación de términos son inducidos por la aceleración de los cargos.

[1]: Ignatowsky: Ann. d. Physik 23, 875 (1907); 25, 99 (1908).

[2]: T. Kirk McDonald, La relación entre las expresiones de tiempo-dependiente de los campos electromagnéticos dada por Jefimenko y por Panofsky y Phillips, American Journal of Physics 65 (11) (1997), 1074-1076

Answer 2

En una onda electromagnética, los campos eléctricos cambiantes inducen cambios en los campos magnéticos, que a su vez inducen cambios en los campos eléctricos. Este procedimiento se propaga a la velocidad de la luz (ya que es luz) a través del espacio hasta que es absorbido o reflejado.

Answer 3

Fuera de la fuente (es decir, donde $\rho=0$ e $\vec{j}=0$) tenemos las ecuaciones de Maxwell que indica que $\partial\vec{E}/\partial t\propto\text{rot}(\vec{B})$ e $\partial\vec{B}/\partial t\propto\text{rot}(\vec{E})$. Cambio en el tiempo de un campo es inducida por el otro, y estos son relaciones cuantitativas.

Por supuesto, podemos obtener una ecuación de onda para cada campo y el suministro de estos con el derecho de las condiciones de contorno, y el campo de "acoplamiento" puede ser menos visible. Pero no debemos olvidar que el original ecuaciones de Maxwell con cero de la densidad de carga y la corriente, así como que la fuerza total que actúa sobre algo (un receptor de la antena, por ejemplo) se determina generalmente con ambos campos: $\vec{E}$ e $\vec{B}$. En otras palabras, el acoplamiento es de al menos inavoidable en la fuente y en el "receptor".

La imagen que muestran es cualitativa. Lo implícito y lo importante en ella es una onda carácter de propagación de la perturbación , seguido de la precisión de las relaciones cuantitativas ;-)

Answer 4

Hay un punto de vista, que todos los electrones acelerados en la antena de varilla están produciendo un macroscópica de la onda EM. Eso está bien para la comprensión de cómo la radio funciona la traducción.

Pero vale la pena para digg un poco más. La única posibilidad de inducir una radiación electromagnética es la aceleración de las partículas subatómicas, la mayoría de los electrones. Incluso la radiación térmica que emite cada cuerpo con temperatura por encima de 0 grados Kelvin, es inducida por estas partículas aceleradas.

La razón más profunda de la onda de radio es el sincronizado de la aceleración de un hugh número de electrones y de la aceleración de los electrones en la superficie de la antena de varilla. Este efecto de piel es una condición necesaria debido a que los fotones, electrones, acelerados en el interior de la varilla, obtener disipada a la vez y transformado paso a paso para la radiación infrarroja.

Cada electrón emite su propia radiación EM. La cantidad de esta radiación se llaman fotones. Si uno esta de acuerdo con este punto, que es obvio que las ondas de radio en una vista microscópica es la combinación de todos los fotones emitidos desde el sincronizado de aceleración de los electrones de la superficie de la varilla.

Hertz fue el primero que observó que las ondas de radio tienen aelectric y un campo magnético componente. Desde las ondas de radio se compone de sincronizada fotones es legítimo concluir que cada uno de los fotones también consta de un magnético y un campo eléctrico de los componentes.

Sin embargo, el libro de texto también nos habla de cómo el cambio de los campos eléctricos que inducen a los campos magnéticos (y viceversa). Cuando ocurre eso?

Los componentes del campo (E y B) de los fotones son oscilantes y cambiando su signo periódicamente. Esta es la naturaleza de los fotones. La representación de este fenómeno se dibuja de la siguiente manera:

Fuente

Más cerca de la antena en el campo cercano -, la onda EM parece a esto:

Fuente

A partir de este boceto se ve la inducción del campo magnético en forma de componente de la eléctrica y la alimentación eléctrica de la magnética.