Sähkömagneettinen säteily / kenttien suuntakulmat

Seuraa 
Viestejä8875
Liittynyt25.8.2005

Varauksen kenttä on varausta kohti tai varauksesta ulospäin, eli sama kuin sähkövuon suunta. Varauksen värähdellessä, syntyy sähkömagneettista säteilyä jota kuvataan niin, että siinä sähkökenttä- ja magneettikenttä ovat kohtisuorassa etenemissuuntaa vastaan.

Eikö käytännössä ole kuitenkin niin, että sähkövuon suunta aina esim. poispäin varauksesta ja varauksen värähtely aiheuttaa vuon suunnan vaihtelua ko. tasossa. Tällöin sähkökentän suunta pitäisi vaihdella kulmassa, joka määräytyy kentän muutosnopeuden c ja varauksen värähtelynopeuden v suhteessa.

Sähkö- tai magneettikentän suuntakulma ei siis missään vaiheessa pitäisi olla kohtisuorassa säteilyn etenemissuuntaa vastaan. Mittalaitteessa muutos näkyy toki potentiaalin vaihteluna ko. mittauspisteessä.

Onko tuo kuvaus vain yksinkertaistus todellisesta tilanteesta, vai onko päättelyssäni joku puute.

Kommentit (13)

Vierailija

Virhe on päättelyssä. Nimittäin värähtelevän varauksen sähkökenttä ei ole 'sama' sähkökenttä kuin mitä sen säteilyn kenttä. Niiden suunta siis ei ole sama.

Eivätkä ne edes voi olla. Sen varauksen tuottama sähkökenttähän on varaustiheys = nabla piste E. Eli kentän lähteisyys johtyy vain tästä varauksesta. Kentän pyörteisyys taas johtuu siitä magneettikentän muutoksesta (joka johtuu sähkökentän muutoksesta). Sähkökenttä mielivaltaisessa pisteessä on tämän pyörteisen kentän ja lähteellisen kentän summa. Sähkömagneettisen säteilyn sähkökentän suunnasta puhuttaessa tarkoitetaan aina tämän pyörteisen kentän suuntaa. Varauksen aiheuttama staattinen kenttä on asia erikseen.

David
Seuraa 
Viestejä8875
Liittynyt25.8.2005

Sen varauksen aiheuttama sähkökenttähän joka tapauksessa vaihtelee ajallisesti sen varauksen liikkeen mukaisesti, eikä tuo muutos voi olla välitön vaan valon nopeuden rajoittama. Lisäksi asiaan vaikuttaa tietysti myös tuo magneettikentän muutoksen synnyttämä sähkökenttä (sähkökentän muutosta vastustava).

Jos molemmat muutokset yhdistetään samassa pisteessä, niin mikä on lopputulos. Vai onko nyt kyseessä kaksi eri näkökulmaa samaan asiaan, eli kyse olisikin yksinkertaisesti viiveen aiheuttamasta hidastumisesta, vai onko molemmat asiat huomioitava yhdessä.

Vierailija

Sillä viiveellä ei ole tässä väliä. Havaitsija näkee edelleen täysin samat asiat. Havaitsijan näkemä sähkökenttä lasketaan siitä tilanteesta minkä hän havaitsee. Eli valosekunnin päässä oleva värähtelijä näyttää olevan juuri siellä (eli mistä säteily tulee) kuin minne sen sähkökenttä havaitsijan mukaan osoittaa.

Nämä ovat maxwellin yhtälöiden kuvaus. Fysikaalisesti ekvivalentin kuvauksen mutta eri näkökulmasta saa sitten tutkiskelemalla suhteellisuusteorian sähkömagneettista kenttätensoria.

David
Seuraa 
Viestejä8875
Liittynyt25.8.2005
Raivomielen Unet
Sillä viiveellä ei ole tässä väliä. Havaitsija näkee edelleen täysin samat asiat. Havaitsijan näkemä sähkökenttä lasketaan siitä tilanteesta minkä hän havaitsee. Eli valosekunnin päässä oleva värähtelijä näyttää olevan juuri siellä (eli mistä säteily tulee) kuin minne sen sähkökenttä havaitsijan mukaan osoittaa.

Tietty, mutta sen sähkökentän voimakkuushan siellä valosekunnin päässäkin heilahtelee, vaikkakin heikomapana kuin sen varauksen läheisyydessä. Kysehän on käytänössä vain sen sähökentän hetkellisestä voimakkuudesta eri pisteissä (luulisin).

puolen sekunnin kuluttua varauksen värähdyksestä valosekunnin päässä ei huomata vielä mitään. Dynaaminen kenttämuutos etenee valon nopeudella, ja tämä dynamiikka on kait sitä "säteilyä".

Vierailija

Tietenkin. Ainoa ero tosiaan on että se heilahdus siellä valosekunnin päässä on sekunnin jäljessä siitä missä värähtelijä oikeasti on.

Mutta siinä olet oikeassa että dynaaminen kentänmuutos aiheuttaa sitä säteilyä. Muutos itsessään ei ole säteilyä, vaikka se propagoituukin valonnopeudella. Ja säteily johtuu nimenomaan tästä kentän muutoksesta. Sen muutoksen propagointinopeudella ei ole väliä. Minkä huomaa suoraan maxwellin laeista. Differentiaalimuodossa ilmoitettuna ne kuvastavat kentän pisteittäisiä ominaisuuksia. Tällöin jossain pisteessä oleva sähkökentän pyörteisyys johtuu ainoastaan muutosnopeudesta siinä nimenomaisessa pisteessä.

EDIT

Komento takaisin. Ymmärsin kenties nyt mitä ajoit takaa. Tarkastellaan sitä siirtyvää häiriötä. Kenttäviivat ennen häiriötä ovat suoria, häiriön jälkeen myös suoria. Häiriön aikana (eli kun varaus on kiihtyvässä liikkeessä) ne ovat käyriä. Tämä tarkoittaa sitä että sillä on muunkin suuntainen komponentti kuin säteen suuntainen. Säteen suuntainen komponentti on se perus sähkökenttä ja kohtisuoraan sädettä vastaan se mitä kutsumme säteilyksi.

David
Seuraa 
Viestejä8875
Liittynyt25.8.2005
Raivomielen Unet

Komento takaisin. Ymmärsin kenties nyt mitä ajoit takaa. Tarkastellaan sitä siirtyvää häiriötä. Kenttäviivat ennen häiriötä ovat suoria, häiriön jälkeen myös suoria. Häiriön aikana (eli kun varaus on kiihtyvässä liikkeessä) ne ovat käyriä. Tämä tarkoittaa sitä että sillä on muunkin suuntainen komponentti kuin säteen suuntainen. Säteen suuntainen komponentti on se perus sähkökenttä ja kohtisuoraan sädettä vastaan se mitä kutsumme säteilyksi.

Jep, tätä ajoin takaa. Tasaisessa liikkeessä olevalla varauksella muutos näkyy sitten pelkästään magneettikenttänä ja kiihtyvässä liikkeessä kyse on periaatteessa muuten samasta asiasta, paitsi että kenttämuutos näkyy muutuvan magneettikentän ja sitä seuranneen sähkökentän kautta säteilynä.

Säteily on siis kiihtyvän sähkökentän muutoksen ilmentymä.

Vierailija

Se on sitäkin. Kuten yleensä niin asiaa voi tarkastella hirveän monelta kantilta. Mutta tuo näkökulma ei ole sen fundamentaalisempi kuin muutkaan. Näin siis Maxwellin yhtälöiden sisällä tarkasteltuna.

Ja tuossa on ripattu wikistä ratkaisu joka toteuttaa maxwellin yhtälöt.

Eli sähkökentän toinen paikkaderivaatta on yhtä kuin vakiokuraa* toinen aikaderivaatta (kiihtyvyys).

David
Seuraa 
Viestejä8875
Liittynyt25.8.2005

Vielä yksi ”ongelmakohta” tuli mieleen varausten välisessä vuorovaikutuksessa. Oletetaan, että meillä on voimakas keskuslähdevaraus, jonka ympärillä keskimääräisellä etäisyydellä r on heikkoja mittavarauksia n kappaletta, joiden etäisyys on r + lähteen aallonpituuden n:s osa * kyseisen mittavarauksen järjestysluku (mittavaraukset 1 …n).

Kuvitellaan, että nämä varaukset värähtelevät täsmälleen samassa tahdissa (esim. mekaanisesti pakotettuna ylös/alas) kuin keskusvarauskin. Nyt siis aaltoliikkeen perusteella osan varauksista pitäisi olla suunnilleen samassa tahdissa aaltoliikkeen kanssa ja osan pitäisi juuri päinvastaisessa tahdissa ja loput sitten tältä väliltä.

Liikkeen suhteellisuuden perusteella varaukset ovat kuitenkin levossa toistensa suhteen. Tässä joutuu hieman kiusallisen tilanteen eteen, kumpi näkemyksistä on oikea. Jos vastaavaa tilannetta tarkastelee veden aalloilla, niin asia on selvä, osa mittareista on todella samassa vaiheessa ja seuraa aallon pintaa, eli ei havaitse aallokkoa ollenkaan ja osa taas on välillä ilmassa ja välillä vedessä, eli aaltoliikkeen vaihe vaihtelee mittareiden kesken.

Edit: Tietysti kyse voisi olla siitä, että magneettikentän muutos kompensoi muuttuvan sähkökentän vaiheen, jolloin kaikkien varausten suhteen keskusvarauksen synnyttämä sähkökenttä vaikuttaisikin staattiselta. Toisaalta nousee mieleen kysymys, onko tuo sähkömageettisen kentän luonne tulkittu sittenkään ihan oikein.

Vierailija
David

Kuvitellaan, että nämä varaukset värähtelevät täsmälleen samassa tahdissa (esim. mekaanisesti pakotettuna ylös/alas) kuin keskusvarauskin. Nyt siis aaltoliikkeen perusteella osan varauksista pitäisi olla suunnilleen samassa tahdissa aaltoliikkeen kanssa ja osan pitäisi juuri päinvastaisessa tahdissa ja loput sitten tältä väliltä.

Liikkeen suhteellisuuden perusteella varaukset ovat kuitenkin levossa toistensa suhteen.




Eivät ole. Muista se propagoitumisnopeus. Tarkastellaan jonkun testivarauksen näkövinkkelistä sitä isoa varausta. Jos se on nyt puoliaallon päästä siitä niin se näkee sen ison varauksen tosiaan heiluvan itsensä suhteen (se näkee ison varauksen puoli aaltoa sitten).

David
Toisaalta nousee mieleen kysymys, onko tuo sähkömageettisen kentän luonne tulkittu sittenkään ihan oikein.

Jos jotain on tulkittu oikein niin se on sähkömagnetismi. Siitä asiasta ihmiskunnalla on ylivoimaisesti tarkimmat tiedot.

David
Seuraa 
Viestejä8875
Liittynyt25.8.2005
Raivomielen Unet
David

Kuvitellaan, että nämä varaukset värähtelevät täsmälleen samassa tahdissa (esim. mekaanisesti pakotettuna ylös/alas) kuin keskusvarauskin. Nyt siis aaltoliikkeen perusteella osan varauksista pitäisi olla suunnilleen samassa tahdissa aaltoliikkeen kanssa ja osan pitäisi juuri päinvastaisessa tahdissa ja loput sitten tältä väliltä.

Liikkeen suhteellisuuden perusteella varaukset ovat kuitenkin levossa toistensa suhteen.




Eivät ole. Muista se propagoitumisnopeus. Tarkastellaan jonkun testivarauksen näkövinkkelistä sitä isoa varausta. Jos se on nyt puoliaallon päästä siitä niin se näkee sen ison varauksen tosiaan heiluvan itsensä suhteen (se näkee ison varauksen puoli aaltoa sitten).

Ahaa. Nythän siis sähkömagneettiset aallot käyttäytyvätkin samoin kuin esim. veden aallot. Eli kuten väliaineellinen järjestelmä, tätä kun yritin juuri välttää ja siksi en tahtonut ymmärtää mikä mättää.

Vierailija
David
Raivomielen Unet
David

Kuvitellaan, että nämä varaukset värähtelevät täsmälleen samassa tahdissa (esim. mekaanisesti pakotettuna ylös/alas) kuin keskusvarauskin. Nyt siis aaltoliikkeen perusteella osan varauksista pitäisi olla suunnilleen samassa tahdissa aaltoliikkeen kanssa ja osan pitäisi juuri päinvastaisessa tahdissa ja loput sitten tältä väliltä.

Liikkeen suhteellisuuden perusteella varaukset ovat kuitenkin levossa toistensa suhteen.




Eivät ole. Muista se propagoitumisnopeus. Tarkastellaan jonkun testivarauksen näkövinkkelistä sitä isoa varausta. Jos se on nyt puoliaallon päästä siitä niin se näkee sen ison varauksen tosiaan heiluvan itsensä suhteen (se näkee ison varauksen puoli aaltoa sitten).



Ahaa. Nythän siis sähkömagneettiset aallot käyttäytyvätkin samoin kuin esim. veden aallot. Eli kuten väliaineellinen järjestelmä, tätä kun yritin juuri välttää ja siksi en tahtonut ymmärtää mikä mättää.

Se ettei sähkömagneettisilla aalloilla ole väliainetta ei tarkoita sitä, että ne käyttäytyisivät joka ikisessä suhteessa erilailla. Aaltoja kaikki tyynni. Erot tulevat sitten lähinnä koordinaatistomuunnoksissa. Toisin kuin veden aallot niin kukaan ei koskaan kuvittele liikkuvansa sähkömagneettisten aaltojen 'väliainetta' vastaan. SST sitten kertoo miten siirtyä koordinaatistojen välillä siten että jokainen kuvittelee edelleen olevansa paikallaan väliaineen suhteen (Tätä tarkoittaa sanonta ettei väliainetta ole, ei oikeastaan mitään muuta).

David
Seuraa 
Viestejä8875
Liittynyt25.8.2005
Raivomielen Unet

Se ettei sähkömagneettisilla aalloilla ole väliainetta ei tarkoita sitä, että ne käyttäytyisivät joka ikisessä suhteessa erilailla. Aaltoja kaikki tyynni. Erot tulevat sitten lähinnä koordinaatistomuunnoksissa. Toisin kuin veden aallot niin kukaan ei koskaan kuvittele liikkuvansa sähkömagneettisten aaltojen 'väliainetta' vastaan. SST sitten kertoo miten siirtyä koordinaatistojen välillä siten että jokainen kuvittelee edelleen olevansa paikallaan väliaineen suhteen (Tätä tarkoittaa sanonta ettei väliainetta ole, ei oikeastaan mitään muuta).

OK. Paikallisen kentän mahdollisuushan siinä vielä on mahdollinen joka tapauksessa. Sitähän kait se Taiwanilaisproffakin yrittää ainakin tuputtaa.

Lopetan luultavasti näiden asioiden jauhamisen nyt tähän, kun ainakin kuvittelen ymmärtäväni miten asiat tulee tulkita. Edelleenkin olen tosin sitä mieltä, että se suhteellinen ajan muutos tai oikeastaan prosessioinnin rajallinen nopeus pätee vain kulloisenkin lepokoordinaatiston suhteen. Eli sillä on merkitystä, kenen suhteen se todellinen kiihdyttämisiä vaativa liike oikein tehdään. Pelkkä suhteellinen liike ei sinällään aiheuta sen hitauden (rajallisen vuorovaikutusnopeuden) kautta ajan dilatoitumista.

Kiitos asiallisesta palautteesta.

Vierailija
David
OK. Paikallisen kentän mahdollisuushan siinä vielä on mahdollinen joka tapauksessa. Sitähän kait se Taiwanilaisproffakin yrittää ainakin tuputtaa.

Joo toki on. Ei sitä mikään estä.

Mallien toimivuushan mitataan vain siten että mikä ennustaa luontoa parhaiten. Luonto, eikä meidän omat mielipiteemme, on se viimeinen tuomari koko touhussa.

Uusimmat

Suosituimmat