Мои публикации

§ 8.5. Электромагнитная волна

В справочниках, учебниках, а так же в популярных телевизионных передачах график электромагнитной волны (свет, радиоволны) изображают как синхронные магнитную и электрическую волны лежащие в плоскостях под 90º и совпадающие по фазе. Представление этих волн совпадающих по фазе является неправильным. Любая механическая волна – это периодическое преобразование кинетической энергии в потенциальную и обратно потенциальной в кинетическую. При этом фаза кинетической энергии отличается от фазы потенциальной энергии строго на 90º. Электромагнитная волна это такое же поочередное преобразование магнитной энергии в электрическую энергию и обратно, при этом магнитная волна отстает от электрической строго на 90º. Подробно модель образования электромагнитной волны была описана еще в элементарном учебнике физики под редакцией академика Г.С. Ландсберга.

Рисунок 5.2.1.

График электромагнитной волны для внутренней системы генератор-приёмник,
если КПД передачи-потребления энергии 100%.

 


Рисунок 5.2.2.


График свободно распространяющейся электромагнитной волны.
Два вида энергии всегда отстоят по фазе друг от друга на 90º.

В идеальном резонансном RLC – контуре при R = 0 угол между током и напряжением 90°, колебательный процесс в контуре не затухает. При R > 0 угол между током и напряжением становится меньше 90°, энергия электромагнитной волны уменьшается, т.к. преобразуется в тепловую на сопротивлении R. Чем больше сопротивление, тем меньше угол и тем быстрее затухает колебательный процесс. Т.е., электромагнитная волна свободно распространяется не затухая только в том случае, если фазовый сдвиг между электрической и магнитной составляющими будет ровен 90° (магнитная и токовая волны всегда точно совпадают по фазе).

Вектор Умова-Пойнтинга описывает передачу энергии от генератора в пространство и справедлив для внутреннего объёма генератора. Совпадение магнитной и электрической составляющих по фазе справедливо для внутренней системы генератора, если его КПД передачи энергии во внешнюю среду будет 100%. Когда КПД поглощения энергии падает, угол сдвига по фазе увеличивается, и при уменьшении КПД до нуля угол сдвига фаз приближается к 90º, т.е. волна двигается в отведённом пространстве без затухания, без потерь. Мощьность, отдаваемая генератором, также должна падать, т.к. энергия накапливается. Эта закономерность относится именно к внутренним цепям и устройствам системы генератора. В свободно распространяющейся волне два вида энергии всегда отстоят по фазе друг от друга на 90º. При переходе волны из среды свободного (без потерь) распространения в среду поглощающую энергию, угол фазового сдвига уменьшается. Чем интенсивнее поглощение энергии, тем меньше угол. При полном поглощении фазы совпадают (на границе поглощения), а при отражении фаза меняется на 180º.

Если бы при свободном распространении фазы магнитного и электрического полей совпадали, то отражение света от поверхности не имело бы физического смысла, т.к. у падающего и отражённого лучей нет различия в векторах, определяющих направление движения.