Las ondas electromagnéticas debe parar mientras se encontraba con una realización de la shell?

Question

Soy un estudiante de secundaria que ha empezado a leer primaria electromagnetismo y soy un completo principiante en este tema.

He leído en los libros que las ondas electromagnéticas no son nada, pero sinusoidal oscilaciones de los campos eléctricos (y simultánea senoidal las oscilaciones del campo magnético inducido, que es evidente, según la predicción de Maxwell de la ley de inducción) que se propagan a través del espacio a la velocidad de la luz c.

Yo también he llegado a saber que descargado la realización de shell inmerso en un campo eléctrico externo (según lo predicho por la Ley de Gauss de la electricidad) no permitirá que el campo eléctrico externo líneas para entrar en la shell y actuar como la llamada jaula de Faraday.

Esto es cuando algo me llamó la atención como absurdo:

Si me sumerja la realización de un shell en un sinusoidal variable y la propagación de campo eléctrico externo - entonces, como el campo de la perturbación alcanza el shell, es de ninguna manera de penetrar en el interior incidir en el interior de la concha y el campo en el interior de la cáscara seguirá null.

Pero, eso significa que las ondas EM, no puede entrar en el interior del revestimiento, ¿no?

Todo va mal aquí: una transparente de la realización de shell es una mera paradoja? En mi razonamiento ido mal? ¿Cuál es la fuente de mi gran equivocación?

He podido encontrar ninguna respuesta satisfactoria en el internet; Un elemental explicación es necesaria porque como he dicho antes, soy un completo novato y quiero aclarar que mi nivel de principiante conceptos erróneos.

Answer 1

Muy simple: sólo porque algo es cierto en la estática caso no significa automáticamente que sea verdadera en la dinámica caso.

Para rechazar una estática campo eléctrico desde el interior de una concha, es suficiente para los gastos en la superficie de la consola para mover sin embargo poco a poco se desea con el fin de organizar a sí mismos para cancelar el campo. Esto es de Gauss la Ley.

Cuando un campo eléctrico está cambiando, los electrones necesitan moverse para adaptarse a la nueva situación. Esto se traduce en dos cosas:

1. Una corriente que fluye (que en sí se convierte en una fuente de radiación EM)
2. Un retraso (debido a la resistencia de la cáscara) - si los electrones se mueven rápidamente, la actual se siente la resistencia de la cáscara; de esta forma se genera una tensión que 'ralentiza'

Debido a estas dos cosas, una onda electromagnética no es (totalmente) rechazada por la realización de un shell - ¿qué tan bien se rechaza depende de la frecuencia de la onda y las propiedades de los materiales (resistencia, pero también de las propiedades magnéticas que conducen a efecto de piel - fuera del alcance de su pregunta, pero importante).

El resultado neto es que la realización de un shell para que se reflejan (parte de) la onda EM - actúa como dispersor (las corrientes que fluyen en el shell de generar un EM campo). Cuando es muy pequeño en comparación con la longitud de onda, el campo de experiencias es "cuasi-estática" - en otras palabras, los electrones tienen tiempo para mover y la ola apenas nota la shell que hay; cuando es grande en comparación con el tamaño de la ola, se convierte en un mejor dispersor.

Cuando hablamos de la óptica (muy alta frecuencia de ondas EM), entonces la longitud de onda es mucho, mucho más pequeño que el tamaño del objeto, y la atómica, propiedades de los materiales (conductores, dieléctricos) se vuelven importantes en la comprensión del comportamiento - pero no creo que eso es lo que su pregunta era acerca de.

Answer 2

Su idea errónea es la aplicación de Gauss la ley.

Hay soluciones a las ecuaciones de Maxwell (incluyendo la de Gauss, la ley), que permiten un campo eléctrico en el interior de la concha.

Si no hay cargos dentro de la cáscara, todo de Gauss la ley dice es que el número de líneas de campo eléctrico de entrar en el shell debe ser igual al número que sale.

Un ejemplo de un campo que satisface este sería uno de los que en todas partes es perpendicular a un radio vector. Pero en una onda EM, el campo E es perpendicular al movimiento de la onda, por lo que si el fuego de la ola hacia el shell centre, esta condición está satisfecho automáticamente. Algunos de la onda (ver Floris la respuesta) puede hacerlo a través de y en ninguna manera esto viola de Gauss la ley.

Edit: Una manera de pensar acerca de esto, es que si no hay interior de cargos (o corrientes), la única manera de producir un campo E que es tangencial a la superficie a través de la ley de Faraday a través de un cambio de B-de campo - es decir, dependiente del tiempo de los campos.

Answer 3

Ese es el punto de una jaula de Faraday.

A pesar de que algunos de los campos EM puede penetrar en el interior de la concha, en virtud de diversas circunstancias, no es un efecto en el que un conductor formas de las conchas un vacío en un penetrante EM campo. Para ser claro, sin embargo, campos EM no sólo 'stop' - están formados por fotones, que se reflejan en este tipo de interfaz.

Considere la posibilidad de que el horno de microondas; el metal de cuadrícula en la ventana en la parte delantera está ahí para reflejar el microondas y retener en el interior del horno; con el resto de paredes de metal de esta forma una jaula de Faraday para mantener la EM en.

La clave es el detalle de los conductores de shell; la reflexión/absorción es dictada por la conductividad y el tamaño de los agujeros en la superficie. Así, el microondas de la pantalla tiene los agujeros lo suficientemente grandes como para permitir que la luz a través de (longitud de onda < 1 µm), pero no las microondas (longitud de onda > 10 cm).

Podemos ver un efecto similar en la gamma de frecuencias, donde los rayos gamma penetran incluso placas de metal, debido a que el metal es realmente compone de una cuadrícula de átomos; los rayos gamma tienen longitudes de onda < 1 pm (10^-12 m) en comparación con inter-atómico espaciado de Angstroms (10^-10 m, o 100s de gamma de longitud de onda).

La moraleja de la historia es que los supuestos del modelo de la materia en los extremos; no hay perfección continua, a la perfección de la realización de las superficies, por lo que no hay perfecta jaulas de Faraday. Pero aún para la mayoría de las aplicaciones, cuando las limitaciones se entiende, la teoría funciona bien.

Cosas divertidas: una onda EM incidente sobre una superficie metálica puede acoplar con los electrones libres en el metal, creando una onda que se encuentra atrapada en la superficie (dado que los electrones son llamados colectivamente un plasma, esto es conocido como una de Plasmones de Superficie), y esta onda de los electrones de movimiento crea su propio viaje onda EM - junto a esto se le conoce como una de Plasmones de Superficie Polaritones. Teóricamente, sería posible hacer perfecto lentes negativos índices de refracción y, de hecho, capas de invisibilidad con tales cosas.

Gauss es sólo el comienzo de la EM.

--Edición por Resonancia de Plasmones de Superficie:--

Por un poco más de información sobre los plasmones de superficie, citando :

La condición de resonancia se establece cuando la frecuencia de incidentes los fotones coincide con la frecuencia natural de la superficie de electrones oscilantes en contra de la restauración de la fuerza de núcleos positivos

Debido a que el acoplamiento entre los fotones entrantes y los plasma en la superficie de acoplamiento de resonancia, la frecuencia exacta es muy sensible a las condiciones en la superficie, y este se utiliza para la construcción altamente sensibles sensores de detección molecular de adsorción sobre una superficie.