Sähkömagneettisen aallon olemus

[Eusa]

Vain silloin kun E on nolla, H on maksimissa ja päinvastoin.

Seisovasta sm-aallosta löytyy näitä pisteitä. Vapaana etenevästä ei.

Jotta sm-aallon esitykseen saa jotain järkeä, se pitää esittää niin, kuin se luonnossa etenee, eli signaalin kulku aika-akselilla. Eikö sellaista esitystä muka ole grafiikkana olemassa.
Miten signaali voi edetä x-akselilla tuossa grafiikassa, jos aalto seisoo, eikä etene mihinkään.

Kun nyt olet ottanut opettajan roolin, yritä nyt selittää asiat niin, että itsekin ne ymmärrät, ja olisi jotakin jaettavaa uteliaalle oppilaallekin.

Sähkömagneettisten aaltojen teorian tulee olla sovellettavissa myös väliaineissa eteneviin aaltoihin, jolloin periaatteessa koordinaatiston valinnalla erilaisten ajanjuoksujen lisäksi jopa aallon etenemissuunta voidaan vaihtaa vastakkaiseksi. Siksi Maxwellin logiikka esitetään standardimallissa 4-ulotteiseen invarianssiin pohjautuen.

[QS]

Kun sm-aalto etenee vapaassa tilassa, E ja H ovat ajallisesti 90 asteen vaihe-erossa. Siitä pitää esitys lähteä, etkä sinä ole sitä maininnut missään vaiheessa.

Aalto, jossa E- ja B-komponenteilla on 90 asteen vaihe-ero, ei toteuta tyhjiössä vapaana etenevän aallon Maxwellin yhtälöä. Aalto ei ole näin ollen ole vapaana etenevä sm-aalto. □

[QS]

Toisekseen sanoit tuolla edellä, että vaihenopeus on valonopeus c. Sekään ei pidä paikkaansa, vaan vaihenopeus voi ylittää valonnopeuden, kuten tuolla edellä sanoin.

Toteamukseni koski kuvassa näkyvää aaltoa, joka oli edellisellä sivulla. Siinä vaihe- ja ryhmänopeus ovat samat, ja molemmat c.

Yleisemmin on totta, että vaihenopeus voi ylittää c:n.

Oli miten oli, mutta jos sekä E että H ovat samanaikaisesti NOLLIA, eihän aalto voi mihinkään edetä, kun energia siinä pisteessä olisi nolla - kyllähän se sinunkin täytyy ymmärtää.

Tämä väite on joko sähkömagnetismin väärin ymmärtämistä, tai sitten vaihtoehtofysiikkaa, johon en ota kantaa.

[Kontra]

Toisekseen sanoit tuolla edellä, että vaihenopeus on valonopeus c. Sekään ei pidä paikkaansa, vaan vaihenopeus voi ylittää valonnopeuden, kuten tuolla edellä sanoin.

Toteamukseni koski kuvassa näkyvää aaltoa, joka oli edellisellä sivulla. Siinä vaihe- ja ryhmänopeus ovat samat, ja molemmat c.

Yleisemmin on totta, että vaihenopeus voi ylittää c:n.

Kun kyseessä oli seisova aalto, sanoit aallon etenevän x-akselin suunnassa. Eihän seisova aalto voi mihinkään edetä, vaan piirros esittää tosiaan paikallaan pysyvää aaltoa, eikä x-akselin suuntaan ole mitään liikettä.

x-akselin suunnaassa etenevä aalto se on, kuten olen jo puolen kymmentä kertaa sanonut. Jos joku jotain muuta väittää, niin on kyse sähkömagnetismin väärin ymmärtämisestä tai sitten vaihtoehtofysiikasta, johon en ota kantaa.

Sulle taitaa seisova aalto olla vallan vieras käsite. Seisova aalto syntyy esim silloin kun se heijastuu siirtojohdossa oikosuljetusta päästä. Siinä ei voi havaita aallon etenemistä.
.....
Sm-aallon etenemistä voi verrata esim LC-resonassipiirin värähtelyyn. Kun kondensaattorin jännite on nolla, piirin energia ei suinkaan ole nolla, vaan se on varastoitunut virtaan jota induktanssi pitää yllä. Ja kun virta on nolla, kondensaattorin jännite on maksimissa.
Aivan samalla tavalla sm-aallon eteneminen tapahtuu - vuoroin energia on sähkökentässä ja vuoroin magneettikentässä.

[Kontra]

Toisekseen sanoit tuolla edellä, että vaihenopeus on valonopeus c. Sekään ei pidä paikkaansa, vaan vaihenopeus voi ylittää valonnopeuden, kuten tuolla edellä sanoin.

Toteamukseni koski kuvassa näkyvää aaltoa, joka oli edellisellä sivulla. Siinä vaihe- ja ryhmänopeus ovat samat, ja molemmat c.

Yleisemmin on totta, että vaihenopeus voi ylittää c:n.

Oli miten oli, mutta jos sekä E että H ovat samanaikaisesti NOLLIA, eihän aalto voi mihinkään edetä, kun energia siinä pisteessä olisi nolla - kyllähän se sinunkin täytyy ymmärtää.

Tämä väite on joko sähkömagnetismin väärin ymmärtämistä, tai sitten vaihtoehtofysiikkaa, johon en ota kantaa.

Etenevässä sm-aallossa, kuten olen sanonut, sähkökentän ollessa nolla, energia on magneettikentässä, ja magneettikentän ollessa nolla, energia on sähkökentässä. Tuo nyt varmaan jo peruskoulussa nykyisin opetetaan.

Seisovassa sm-aallosssa nollakohdat ovat molemmissa kentissä samanaikaisesti nolla, kun vastakkain liikkuvat aallot sammuttavat niissä kohdissa toisensa.
Kun QS esitti ne sm-aallon piirrokset, hän ei maininnut, että ne koskivat seisovaa aaltoa, enkä minä sitä hoksannut, vaan luulin niiden esittävän etenevää aaltoa, kun QS vielä väitti virheellisesti aallon niissä etenevän.

No keskustelemalla asiat usein selvivät, kuten nytkin.

[Kontra]

Tuossa QS:n kommentissa tänään 15:48, piirros näyttäisi esittävän seisovaa aaltoa, mutta miksi se liikkuu on käsittämätöntä?
Ei seisova aalto mihinkään liiku.
Jos taas piirros on esittävinään etenevää aaltoa, eihän se sitä voi oikeasti esittää, kun E ka H ovat samanaikaisesti nollia?

No, eihän se nyt ei ole mitään uutta, että netistä löytyy kaikenlaista tieteenvastaista hölynpölyä, ja siksi kannattaakin aina ensin tarkastaa, voiko ao esitys pitää paikkaansa, ennen kuin sen kopsii keskusteluun. 

[pähkäilijä]

Toisekseen sanoit tuolla edellä, että vaihenopeus on valonopeus c. Sekään ei pidä paikkaansa, vaan vaihenopeus voi ylittää valonnopeuden, kuten tuolla edellä sanoin.

Toteamukseni koski kuvassa näkyvää aaltoa, joka oli edellisellä sivulla. Siinä vaihe- ja ryhmänopeus ovat samat, ja molemmat c.

Yleisemmin on totta, että vaihenopeus voi ylittää c:n.

Oli miten oli, mutta jos sekä E että H ovat samanaikaisesti NOLLIA, eihän aalto voi mihinkään edetä, kun energia siinä pisteessä olisi nolla - kyllähän se sinunkin täytyy ymmärtää.

Tämä väite on joko sähkömagnetismin väärin ymmärtämistä, tai sitten vaihtoehtofysiikkaa, johon en ota kantaa.

Etenevässä sm-aallossa, kuten olen sanonut, sähkökentän ollessa nolla, energia on magneettikentässä, ja magneettikentän ollessa nolla, energia on sähkökentässä. Tuo nyt varmaan jo peruskoulussa nykyisin opetetaan.

Seisovassa sm-aallosssa nollakohdat ovat molemmissa kentissä samanaikaisesti nolla, kun vastakkain liikkuvat aallot sammuttavat niissä kohdissa toisensa.
Kun QS esitti ne sm-aallon piirrokset, hän ei maininnut, että ne koskivat seisovaa aaltoa, enkä minä sitä hoksannut, vaan luulin niiden esittävän etenevää aaltoa, kun QS vielä väitti virheellisesti aallon niissä etenevän.

No keskustelemalla asiat usein selvivät, kuten nytkin.

Kyllä sama aaltopiirros on yleinen ja kuvaa normaalia sm-aaltoa. Mutta siinä olet oikeassa että piirros rikkoo säilymislakia, jos aalto on hetken olematon, se on ongelma.

[QS]

Kuvassa animoitu seisova aalto. Ylimpänä oikealle etenevä, keskellä vasemmalle etenevä, ja alimpana näistä muodostuva seisova sm-aalto:

seisova aalto.gif (923.23 KiB) Katsottu 34658 kertaa

Alimmassa kuvassa on kaksi pistettä, joissa \(E\)-komponetti (punainen) on nolla kaikilla ajanhetkillä. Näissä kahdessa pisteessä Poyntingin vektori, \(\vec S = \frac{1}{\mu_0} \vec E \times \vec B\), on nolla kaikilla ajanhetkellä, mikä tarkoittaa sitä, että seisovan aallon energiavuo on nolla noissa pisteissä.

Kun noihin pisteisiin sijoitetaan paikalleen (\(\vec v=0\)) varatut hiukkaset, niin niihin kohdistuva Lorentzin voima, \(\vec F=q(\vec E + \vec v \times\vec B)\), on nolla kaikilla ajanhetkillä. Noissa pisteissä seisovasta aallosta ei siirry energiaa hiukkasiin. Pisteiden ympäristössäkin energian siirto on vähäistä.

Seisovasta aallosta löytyy kolme muutakin kiinnostavaa pistettä. Nämä ovat kuvassa seisovan aallon akselilla vasemmassa ja oikeassa reunassa, sekä keskellä. Näissä pisteissä B-komponentti on nolla kaikilla ajanhetkillä. Poyntingin vektori on näissäkin pisteissä nolla, mutta Lorentzin voima on nollasta poikkeava.

Mikroaaltouuneissa (ainakin vanhemmissa) on pyörivä alusta, jotta osa lämmitettävästä mössöstä ei makaa koko ajan niissä seisovan aallon pisteissä, jotka eivät mössöön Lorentzin voimaa kohdista.

[x Poistettu käyttäjä x]

Eli mitään energiaa ei ole varsinaisesti liikkeellä tai erikseen kannetta. Energiasisältö ilmenee vasta kun se purkautuu, absorboituu tai muuten vuorovaikuttaa jonkin objektin kanssa.

Energia ja liikemäärä ilmenevät silloin, kun vuorovaikutus tapahtuu. Mutta kyllä energia ja liikemäärä ovat aallon kuljetettavana silloinkin, kun vuorovaikutusta ei ole.

Olet aivan oikeassa. Muotoilin hiukan huonosti. Tarkoitin, että sähkömagneettisessa aallossa ei ole erillistä energiavarausta niin että se olisi eriytettävissä siirrettäväksi energiaksi ja aaltomuodoksi. Aalto itsessään jo sisältää energian.
Kun taas esim. mekaanisen jousen tapauksessa liike-energiaa on varastoituneena myös jousen massaan. Ja sen värähtelyn syntymiseen tarvitaan ulkoinen voima. Ja lisäksi sen oma sisäinen rakenne, muodonmuutokset ja muut siirtymät polttavat värähtelemään laitetun jousen energian lämmöksi. Mekaaninen jousi ei värähtele ikuisesti tyhjiössäkään. Siinä ei käynnisty samanlaista loputonta energiatasapainoa kun se laitetaan liikkeelle, vaan osa sen energiasta palaa aina sen liikkeen mukana, eikä osallistu värähtelym tuottamiseen. Sähkömagneettisella aallolla ei tällaista sisäistä energiankuluttajaa ole. Lisäksi mekaanisen jousen siirtämä mekaaninen työ ei perustu sen massaan, vaan rakenteen sisäisiin jännityksiin.
Eli energian siirron mekanismi on varsin erilainen.

[QS]

Eli mitään energiaa ei ole varsinaisesti liikkeellä tai erikseen kannetta. Energiasisältö ilmenee vasta kun se purkautuu, absorboituu tai muuten vuorovaikuttaa jonkin objektin kanssa.

Energia ja liikemäärä ilmenevät silloin, kun vuorovaikutus tapahtuu. Mutta kyllä energia ja liikemäärä ovat aallon kuljetettavana silloinkin, kun vuorovaikutusta ei ole.

Olet aivan oikeassa. Muotoilin hiukan huonosti. Tarkoitin, että sähkömagneettisessa aallossa ei ole erillistä energiavarausta niin että se olisi eriytettävissä siirrettäväksi energiaksi ja aaltomuodoksi. Aalto itsessään jo sisältää energian.
Kun taas esim. mekaanisen jousen tapauksessa liike-energiaa on varastoituneena myös jousen massaan. Ja sen värähtelyn syntymiseen tarvitaan ulkoinen voima. Ja lisäksi sen oma sisäinen rakenne, muodonmuutokset ja muut siirtymät polttavat värähtelemään laitetun jousen energian lämmöksi. Mekaaninen jousi ei värähtele ikuisesti tyhjiössäkään. Siinä ei käynnisty samanlaista loputonta energiatasapainoa kun se laitetaan liikkeelle, vaan osa sen energiasta palaa aina sen liikkeen mukana, eikä osallistu värähtelym tuottamiseen. Sähkömagneettisella aallolla ei tällaista sisäistä energiankuluttajaa ole. Lisäksi mekaanisen jousen siirtämä mekaaninen työ ei perustu sen massaan, vaan rakenteen sisäisiin jännityksiin.
Eli energian siirron mekanismi on varsin erilainen.

Kyllä, hyvin kuvailtu.