Lähettävän dipoliantennin toimintaperiaate

[Aadolf]

Quorasta löytyi yksi selitys:
Ari Okkonen:
-----------
Elektroneihin liittyy voimakas sähkökenttä, joka siirtyy valon nopeudella. Kun johdon toisestä päästä pusketaan elektroni sisään, siitä aiheutuva sähkökentän muutos etenee valon nopeudella työntämään edellä olevia elektroneja, mikä puolestaan muuttaa niiden tuottamaa sähkökenttää, jne. Sähköjohdossa siis on irtonaisia elektroneita, joiden hidas liike välittää nopeasti liikkuvaa sähkökenttää. Silloin, kun ei muutosta tapahdu, atomiydinten positiivinen varaus kumoaa elektronien negatiivisen sähkökentän, niin pysyvät rauhallisesti johdossa.
------------------
Näyttäisi että elektronin varaus -1 tekee kentän joka siirtyy lähes valon nopeudella. Eli ensimmäisen elektronin liike siirtyy viimeiseen lähes c-nopeudella?

Kuvitellaanpa semmoinen tilanne että pitkän (miljoona km, eli 3 valosekuntia) johdon päässä on lamppu ja katkaisija. Lamppu ei pala koska katkaisija on siinä asenossa missä virta ei kulje. Nyt käännämme katkaisijaa nopeasti päälle ja pois päältä. Havaitsemme että lamppu syttyy heti kun katkaisijaa käännetään, ja kysymme että mistä se energia tuli siihen lamppuun.

Koska elektronit oli paikallaan ennen katkaisijan kääntamistä, niin energia ei voinut tulla elektronien liike-energiasta.

Koska lamppu alkaa palamaan heti, eikä sitten kun valon nopeudella etenevä muutos on matkustanut johdon läpi, niin energia ei voinut tulla siitä että toisessa pässä työnnettin elektroneja johtoon.

Energia tuli siitä että lähinnä lamppua oleva 100 000 km pitkä johdon osa menetti energiaa, joka energia oli "sähkökentän energiaa", eli siis semmoista energiaa että toiseen johtoon oli puskettu sisään elektoneja, ja toisesta johdosta oli vedetty ulos elektroneja. (sähköjohdossahan on kaksi johtoa)


Pitäisiköhän vielä mainita, että lamppua vastakkaisessa päässä johtoa on voimalaitos. Niin ja kyseessä on sitten tasavirta systeemi, tai siis tasajännite systeemi.

Ei taida elektronien liike-energia olla perimmäinen selitys. Alkupäässä on joku energia joka salaperäisellä tavalla ratsastaa perille. Ehkä saman tapainen energian siirto toimii sähköjohdossa kuin fotonissakin? Fotonissa siirto on ilmainen! Siis fotonin energia ei ole ilmainen mutta siirto on. Jospa sähkössä on sama laki?

Kuvitellaanpa semmoinen tilanne että pitkän (miljoona km, eli 3 valosekuntia) johdon päässä on lamppu ja katkaisija. Lamppu palaa koska katkaisija on siinä asenossa missä virta kulkee. Nyt käännämme katkaisijan pois päältä. Havaitsemme että lamppu jatkaa palamista ja katkaisijaan syntyy valokaari, ja kysymme että mistä se energia tuli siihen lamppuun.

Koska elektronit liikkuivat ennen katkaisijan kääntamistä, niin energia saattoi tulla elektronien liike-energiasta.


Tämmöinen ilmiö tapahtuu jos johtimet on hyvin ohuita. Ja silloinhan elektonit liikkuu nopeasti. (Fyysikoille: Kun johtimen paksuus lähenee nollaa niin johtimen induktanssi lähenee ääretöntä)

[QS]

Okei jos se on niin, kuinka sitten energia voi kulkea mutkissa kun sm-aaltojen energia menee suoraan?

Muun muassa siksi, että johtimen ympärille muodostuu sähkömagneettinen kenttä, ei sähkömagneettinen aalto. Kenttä muodostuu (lähes) valonnopeudella, kun virtapiiri suljetaan. Johtimen pinnalle muodostuu negatiivinen tai positiivinen varaus, ja samalla johtimen keskiosien elektronit alkavat liikkua.

Johtimen ympärillä oleva kenttä "neuvottelee" elektronien kanssa?

Nojoo. Edellä sanoin vain lyhyesti, kuvailen nyt tarkemmin. Ajatellaan yksinkertainen tasavirtapiiri, joka on aluksi auki. Virtalähteen miinus-navan puoleisen johtimen pinta on negatiivisesti varattu, ja plus-navan puoleinen pinta positiivisesti varattu. Varaukset ovat jakautuneet siten, että E-komponentti on nolla johtimen sisällä. Johtimen ulkopuolella E-komponentti on nollasta poikkeava. B-komponentti on nolla sisä- ja ulkopuolella. Kun B-komponentti on nolla, niin Poyntingin vektori on nolla, ja kenttä ei kuljeta energiaa. Kyseessä on staattinen sähkökenttä, joka voidaan havaita johtimen miinus- ja plus-navan puolella erikseen, ja siis johtimen ympärillä.

Kun piiri suljetaan, myös johtimen sisälle muodostuu E-komponentti, jonka seurauksena johtimen elektronit liikkuvat hitaasti. Täsmälleen johtimen keskellä B-komponentti on edelleen nolla. Keskellä on siis staattinen sähkökenttä.

Suljetussa piirissä johtimen ulkopuolelle (koko pituudelta) muodostuu nollasta poikkeavan E-komponentin lisäksi myös nollasta poikkeava B-komponentti.

Kun B-komponentti on nollasta poikkeava, niin myös Poyntingin vektori on nollasta poikkeava, ja kenttä kuljettaa energiaa johtimen suuntaisesti.

Joskus menneisyydessä huonon tasavirtapiirin sulkemisen kuuli radion rätinästä, kun osa kentästä eteni radion antenniin aaltona. Kun piirin tila stabiloituu, jää johtimen ympärille staattinen sähkömagneettinen kenttä (ajan suhteen muuttumattomat E- ja B-komponentit), ja tätä konfiguraatiota vastaava staattinen Poyntingin vektori. Kentän ja Poyntingin vektorin avulla voidaan esim. ladata sähköhammsharja ilman akun ja laturin välistä johdinta.