Sähkömagneettisen aallon olemus

[Kontra]

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


seisova aalto.gif




 

Voi ei, taas kopsit tänne virheellisen piirroksen - sama virhe kuin aikaisemmissakin piirroksissa. Mistä sinä noita oikein kopsit?

Etenevässä ja heijastuvassa aallossa E ja H on piirretty samaan vaiheeseen, vaikka niillä on ajallisesti 90 asteen vaihe-ero.
Alimman kuvion seisova aalto näyttää kuitenkin piirretyn oikein ja seisoo paikallaan. Sähkökentällä ja magneettikentällä on kummallakin nollakohtansa, jotka eivät ole samassa kohdassa.
Mikähän lienee historia koko kuvion koostamisen kohdalla, kun sentään pääasia on oikein?  

Seisovan aallon kuvio esittää tapausta, jossa aalto heijastuu täydellisesti takaisin, kuten päästään oikosuljetussa siirtolinjassa, jolloin kenttien minimikohdat ovat nollia ja eri kohdissa, eikä aaltokuvio liiku mihinkään.

Jos linja on vain sovitettu päässään huonosti, silloin heijastus ei ole täydellinen, eikä nollakohtia esiinny, vaan vain paikallaan pysyviä minimi- ja maksimikohtia. Tai jos linja on huono, epäjatkuvuuskohdista voi seurata heijastuksia pitkin linjaa. Noista heijastuksista seuraavan seisovan aallon muoto säilyy, ja pysyy paikallaan, vaikka signaali tietenkin etenee.

[Kontra]

Ei ole ensimmäinen kerta kun on tullut eteen väärinkäsityksiä sm-aallon etenemisessä. Tuli mieleen esim työpaikallani erään asentajan tapaus, joka syventyi tutkien aaltoputkien kuntomittauksiin. 
Hän huomasi niin paljon väärää tietoa sm-aallon käyttäytymisestä aaltoputkessa, että teki oppimateriaalin aiheesta ja se julkaistiin amerikkalaisessa alan lehdessä. Hän opiskelikin myöhemmin insinööriksi Ammattikorkeakoulussa, ja kenties joutui tuuraamaan lehtoria SM-aalloissa. 
En huomannut kysyä, saiko hän artikkelistaan mitään korvausta, ja miten AKK:ssa sm-aallon opetus sujui. Täytyykin muistaa kysyä, kun näen hänet varmaan taas parin viikon kuluttua. 

[QS]

Etenevässä ja heijastuvassa aallossa E ja H on piirretty samaan vaiheeseen, vaikka niillä on ajallisesti 90 asteen vaihe-ero.

Vaihe-ero on mahdollinen esimeriksi silloin, kun sm-aalto etenee sähköä johtavassa materiaalissa, jolloin B-komponentti "lags behind the electric field", kuten asian ilmaisee David J. Griffiths kirjan Introduction to Electrodynamics luvussa 9.4.1 Electromagnetic Waves in Conductors.

Kyseisestä luvusta löytyy E- ja B-komponenteille ratkaisu, jossa näkyy tuo vaihe-ero.

[Kontra]

Etenevässä ja heijastuvassa aallossa E ja H on piirretty samaan vaiheeseen, vaikka niillä on ajallisesti 90 asteen vaihe-ero.

Vaihe-ero on mahdollinen esimeriksi silloin, kun sm-aalto etenee sähköä johtavassa materiaalissa, jolloin B-komponentti "lags behind the electric field", kuten asian ilmaisee David J. Griffiths kirjan Introduction to Electrodynamics luvussa 9.4.1 Electromagnetic Waves in Conductors.

Kyseisestä luvusta löytyy E- ja B-komponenteille ratkaisu, jossa näkyy tuo vaihe-ero.

No totta kai se tilanne on sama vapaassakin tilassa.
Kuten tuolla edellä esitin, sm-aallon etenemisessä kenttien vaihe-ero on analoginen LC-resonanssipiirin vaihe-eron kanssa eli 90 astetta. 

Kehottaisinkin sinua korvaamaan nuo virheelliset piirrokset paikkansa pitäviin tai ainakin poistamaan kaikki virheelliset.
Ainoastaan viimeisessä kolmen aallon piirroksessa alin seisovan aallon piirros on paikkansa pitävä ja syytä säilyttää.

Kun et itse huomaa tuollaisia virheitä, ovatko nuo yhtälösikään luotettavia? Niitä en pysty tarkistamaan, kun oppikirjani olen lainannut sukulaisilleni vuosikymmeniä sitten, enkä muista kenelle mitäkin lainasin - yhtään ei ole palautettu. Vaikka en minä niitä viitsisikään alkaa kahlata. 

[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.

Tuli idea. Mitä jos kenttää voi verrata pilveen? Kun pilvi ylittää nollakohdan niin puolet sen voimasta on vasemmalla ja puolet oikealla puolella. Tämä tuottaisi sen nolla arvon. Siis jos vasemmalla puolella pilven kenttävoima osoittaa 0 asteeseen ja oikealla puolella 180 asteeseen niin silloinhan ne kumoaa toisensa jolloin efektiivinen arvo on nolla.

Ja tämä pilvi pomppii edestakaisin mistä tulee aaltoliike.

[QS]

Etenevässä ja heijastuvassa aallossa E ja H on piirretty samaan vaiheeseen, vaikka niillä on ajallisesti 90 asteen vaihe-ero.

Vaihe-ero on mahdollinen esimeriksi silloin, kun sm-aalto etenee sähköä johtavassa materiaalissa, jolloin B-komponentti "lags behind the electric field", kuten asian ilmaisee David J. Griffiths kirjan Introduction to Electrodynamics luvussa 9.4.1 Electromagnetic Waves in Conductors.

Kyseisestä luvusta löytyy E- ja B-komponenteille ratkaisu, jossa näkyy tuo vaihe-ero.

No totta kai se tilanne on sama vapaassakin tilassa.

Tilanne ei ole Maxwellin yhtälön vakuumiratkaisu -> ei ole vapaasti etenevä aalto.

[Kontra]

Etenevässä ja heijastuvassa aallossa E ja H on piirretty samaan vaiheeseen, vaikka niillä on ajallisesti 90 asteen vaihe-ero.

Vaihe-ero on mahdollinen esimeriksi silloin, kun sm-aalto etenee sähköä johtavassa materiaalissa, jolloin B-komponentti "lags behind the electric field", kuten asian ilmaisee David J. Griffiths kirjan Introduction to Electrodynamics luvussa 9.4.1 Electromagnetic Waves in Conductors.

Kyseisestä luvusta löytyy E- ja B-komponenteille ratkaisu, jossa näkyy tuo vaihe-ero.

No totta kai se tilanne on sama vapaassakin tilassa.

Tilanne ei ole Maxwellin yhtälön vakuumiratkaisu -> ei ole vapaasti etenevä aalto.

Oletkohan tulkinnut asian oikein?
Piirräpä Maxwellin tulkinnan mukaisen tyhjiössä etenevän aallon kuvio. 
Oli miten oli, kai sinä ymmärrät, ettei sähkö- ja magneettikentän nollakohdat voi olla ajallisesti samanaikaiset. Jos olisivat, aalto ei voisi mitenkään edetä, kun energia silloin katoaisi kokonaan aallosta.   

[Eusa]

Neutraaliin ympäristöön indusoituu magneettikenttä liikkuvasta varauksesta, mutta tuon liikkuvan varauksen kannalta mikään ei muutu.

Tämä suhteellisuus pätee kaikenlaisissa kenttäkonfiguraatioissa.

[pähkäilijä]

Etenevässä ja heijastuvassa aallossa E ja H on piirretty samaan vaiheeseen, vaikka niillä on ajallisesti 90 asteen vaihe-ero.

Vaihe-ero on mahdollinen esimeriksi silloin, kun sm-aalto etenee sähköä johtavassa materiaalissa, jolloin B-komponentti "lags behind the electric field", kuten asian ilmaisee David J. Griffiths kirjan Introduction to Electrodynamics luvussa 9.4.1 Electromagnetic Waves in Conductors.

Kyseisestä luvusta löytyy E- ja B-komponenteille ratkaisu, jossa näkyy tuo vaihe-ero.

No totta kai se tilanne on sama vapaassakin tilassa.
Kuten tuolla edellä esitin, sm-aallon etenemisessä kenttien vaihe-ero on analoginen LC-resonanssipiirin vaihe-eron kanssa eli 90 astetta.

Kehottaisinkin sinua korvaamaan nuo virheelliset piirrokset paikkansa pitäviin tai ainakin poistamaan kaikki virheelliset.
Ainoastaan viimeisessä kolmen aallon piirroksessa alin seisovan aallon piirros on paikkansa pitävä ja syytä säilyttää.

Kun et itse huomaa tuollaisia virheitä, ovatko nuo yhtälösikään luotettavia? Niitä en pysty tarkistamaan, kun oppikirjani olen lainannut sukulaisilleni vuosikymmeniä sitten, enkä muista kenelle mitäkin lainasin - yhtään ei ole palautettu. Vaikka en minä niitä viitsisikään alkaa kahlata.

Syy miksi sähkökenttä ja magneettikenttä etenee rinnakkain lienee induktio. Kumpikin indusoi toisensa.

[QS]

Piirräpä Maxwellin tulkinnan mukaisen tyhjiössä etenevän aallon kuvio.
Oli miten oli, kai sinä ymmärrät, ettei sähkö- ja magneettikentän nollakohdat voi olla ajallisesti samanaikaiset. Jos olisivat, aalto ei voisi mitenkään edetä, kun energia silloin katoaisi kokonaan aallosta.

Selitin asian jo tässä viestissä: https://tiede.info/viewtopic.php?p=2024#p2024

Ei voida edes sanoa siten, että sm-kentän pisteessä (4,2) on enerigaa 13 Joulea. Tuo on jo ajatuksena täysin pöhkö. Ja sama pätee kaikkiin sm-kentän konfiguraatioihin, ihan jo staattiseen sähkökenttäänkin.

Kentälle määritellään pisteittäin energiatiheys, josta saadaan kokonaisenergia.

Aalto kuljettaa energiaa, mutta siinä voi olla vaikka ja minkälaisia pisteittäisiä energiatiheyksiä. Esimerkiksi vapaassa sm-aallossa on kohtia, joissa energiatiheys on pyöreä nolla. Ja niin pitää ollakin. Ei se mitään aallon etenemistä estä.

Upota virtaavaan jokeen tyhjä vedenpitävä laatikko. Se virtaa joen mukana, ja tyhjän laatikon keskellä joen virtausenergian tiheys on tasan nolla. Se ei estä joen virtaamista. Laatikko painelee mukana. Tämä vain vertauskuvana noihin nollakohtiin vapaassa sm-aallossa.