क्या विद्युत चुम्बकीय विकिरण में चरण में ई और बी क्षेत्र हैं?

Question

मैंने हाल ही में यह उत्तर लिखा है , जिसमें मैंने कहा:

रेडियो तरंगें विद्युत चुम्बकीय विकिरण हैं । विद्युत चुम्बकीय विकिरण में दो घटक होते हैं, एक विद्युत और एक चुंबकीय। ये घटक एक दूसरे को बनाते हैं, जैसा कि ऊपर कहा गया है। लाल चुंबकीय क्षेत्र एक नीला विद्युत क्षेत्र बनाता है, जो अगला चुंबकीय क्षेत्र बनाता है, और इसी तरह।

मुझे यह चित्र विकिपीडिया से मिला है, लेकिन मेरी भौतिकी की पुस्तक और जिम हॉकिन्स WA2WHV एक ही चित्र देते हैं।

टिप्पणियों में, एक चर्चा के बाद:

ओलिन लेट्रोप : आपका पहला चित्र गलत है। बी और ई फ़ील्ड वास्तव में एक दूसरे के साथ चरण से 90 डिग्री बाहर हैं, चरण में नहीं जैसा कि आरेख से पता चलता है। ई और बी क्षेत्रों के बीच ऊर्जा लगातार आगे और पीछे खिसक रही है।

कीलन : क्या आपको यकीन है? विकिपीडिया और मेरी भौतिकी की किताब अलग दिखाती है। दो क्षेत्रों में एक निश्चित अनुपात होना चाहिए, मेरा मानना ​​है कि चरण से बाहर होने पर ऐसा नहीं हो सकता है। एक क्षेत्र क्षैतिज है और दूसरा ऊर्ध्वाधर, 90 डिग्री का कोण है - आरेख तीन आयामों को दिखाने का एक प्रयास है।

ओलिन लेट्रोप : हम्म। मैं हमेशा उन्हें चतुर्भुज में रहने के लिए समझता था, लेकिन मेरे पास अभी उसे देखने का समय नहीं है। यह एक बुरी आरेख का मामला हो सकता है जो दूसरों के बहुत से नेत्रहीन नकल करते हैं। आपके आरेख में दोनों फ़ील्ड 0 से हिट होने पर ऊर्जा कहां है? द्विघात में, प्रत्येक क्षेत्र के आयाम के वर्गों का योग एक स्थिरांक है, जो इस बात का एक अच्छा विवरण देता है कि ऊर्जा कैसे बनी रह सकती है। यह दो क्षेत्रों के बीच आगे और पीछे की ओर खिसकता है, लेकिन इसका कुल योग हमेशा समान होता है।

मैं ओलिन के तर्क का पालन करता हूं और खुद नहीं कह सकता कि क्षेत्र चरण में क्यों होगा। तो मेरा सवाल है: चरण में विद्युत चुम्बकीय विकिरण के ई और बी क्षेत्र हैं या नहीं? इसे कोई कैसे समझ सकता है?

Comments

"दोनों क्षेत्रों को आपके आरेख में 0 से हिट करने पर ऊर्जा कहां है?"। कहीं। यह ऐसा नहीं है कि ई और बी क्षेत्र हर पल 0 हैं।

— MSalters

चित्र में, चुंबकीय क्षेत्र XY विमान में है जबकि विद्युत क्षेत्र YZ विमान में है। (Z को ऊपर की ओर इंगित करते हुए) तो, क्या 90 डिग्री का एक चरण अंतर नहीं दिखाया गया है? कृपया सही है अगर मैं गलत हूँ।

— उत्साही

Phys.stackexchange.com/questions/461393/… को देखें, ई और बी तरंगों के भीतर 90 ° चरण के साथ एक तस्वीर है। इस स्थिति में हमारे पास "परिणामस्वरूप ई और बी" क्षेत्र चरण में नहीं हो सकते हैं लेकिन ये दो ईएम तरंगों के जोड़ के कारण हैं - दोनों इसके ई और बी चरण के साथ - लेकिन विपरीत दिशा में यात्रा कर रहे हैं

— एलेजाद्रो ज़ालैबर्डर

Answer 1

मैक्सवेल के समीकरणों से पूर्ण व्युत्पत्ति पूरे कॉलेज-स्तर की पाठ्यपुस्तकों को भरती है, और यहां तक ​​पहुंचने के लिए भी शामिल है।

लेकिन जब ऐन्टेना (एक रेखीय चालक में बहने वाला एक प्रवाह) से विकिरण पर विचार करते हैं, तो यह इस तथ्य पर उबलता है कि ऐन्टेना के चारों ओर ई (विद्युत) और एच (चुंबकीय) दोनों क्षेत्रों के कई अलग-अलग घटक हैं। H फ़ील्ड के लिए, एक घटक है जो 1 / r ^{2 के} समानुपाती है और दूसरा जो 1 / r के समानुपाती है। ई क्षेत्र के लिए, तीन हैं: एक 1 / आर ³ घटक, एक 1 / आर ² घटक और एक 1 / आर घटक।

1 / r ³ शब्द द्विध्रुवीय इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र है, जो एक कैपेसिटिव फ़ील्ड में संग्रहीत ऊर्जा का प्रतिनिधित्व करता है। इसी तरह, 1 / r ² शब्द एक प्रेरक क्षेत्र में संग्रहीत ऊर्जा का प्रतिनिधित्व करता है। यह ऐन्टेना कंडक्टर के "आत्म अधिष्ठापन" का प्रतिनिधित्व करता है, जिसमें वर्तमान द्वारा उत्पादित चुंबकीय क्षेत्र कंडक्टर पर "बैक ईएमएफ" उत्पन्न करता है। केवल 1 / r शब्द ऊर्जा का प्रतिनिधित्व करता है जो वास्तव में एंटीना से दूर किया जाता है।

एंटीना के पास, जहां 1 / r ³ और 1 / r ² घटक हावी होते हैं, E और H के बीच चरण संबंध जटिल है, और ये क्षेत्र वास्तव में ऊर्जा को स्टोर करते हैं, जिस तरह से ओलिन वर्णन करता है, और ऊर्जा को एंटीना पर वापस लौटाता है। ।

हालांकि, "दूर क्षेत्र" (उदाहरण के लिए, एंटीना से दूर 10 से अधिक तरंग दैर्ध्य), खेतों के 1 / आर घटक हावी होते हैं, जिससे विद्युत चुम्बकीय विमान लहर पैदा होती है, और ये घटक वास्तव में एक दूसरे के साथ चरण में होते हैं।

Comments

मैं ई और एच दोनों क्षेत्रों के लिए 1 / r ^ 2 के बारे में स्पष्टीकरण के एक बिट अधिक देखा है पसंद करेंगे।

— एंडी उर्फ

मुख्य प्रश्न यह था कि क्या कोई प्लेन इलेक्ट्रोमैग्नेटिक वेव (चित्र में दिखाया गया है) उसके घटक ईबी है या नहीं। एक एंटीना में क्या होता है, यह सिर्फ एक और विषय है।

— एलेजाद्रो Xalabarder

@AlejadroXalabarder: वास्तव में नहीं। आप किसी प्रकार के एंटीना के बिना एक विद्युत चुम्बकीय तरंग लॉन्च नहीं कर सकते। "प्लेन वेव" एक एंटीना के "सुदूर क्षेत्र" में क्या होता है, इसका एक सरलीकृत दृश्य है। यही कारण है कि मैंने ओलिन ने जो कहा और ओपी पढ़ रहा था, उसके बीच संबंध बनाने की कोशिश की।

— डेव ट्वीड

@ क्या: हमारे पास हर जगह विमानों की लहरें हैं जैसा कि आप जानते हैं, उदाहरण के लिए प्रकाश। आप रेडियो एंटेना में क्या हो रहा है के बारे में बात कर रहे हैं जो ईएम पीढ़ी का एक विशेष मामला है। लेकिन इस मामले में भी, ऐन्टेना के करीब, मैक्सवेल समीकरण वैध हैं इसलिए ई और बी चरण में भी हैं, भले ही, इस विशेष मामले में, हमारे पास विमान तरंगें नहीं हैं। वास्तव में यह प्रश्न सामान्य है, सभी ईएम तरंगों के लिए, केवल वही सबसे आम और वास्तविक विमान तरंगों का उपयोग करके चरण के मुद्दे को देखना बहुत आसान है।

— एलेजाद्रो Xalabarder

Answer 2

मुक्त स्थान की बाधा निरंतर है। इसका मान E और H के अनुपात के अनुपात में है।

यह एक प्रतिरोधक मात्रा है जिसका अर्थ है कि E और H को एक साथ परिमाण में ऊपर उठना और गिरना चाहिए।

विकिपीडिया: -

Comments

यह कुंजी है ... मैं बस थोड़ा विस्तार जोड़ूंगा। EXB अभी भी एक समय चरण अंतर के मामले में एक दिशा देगा, मुख्य बिंदु यह है कि मूल्य जटिल (वास्तविक और काल्पनिक घटक) होगा - अर्थात "भंडारण" है। एक शुद्ध वास्तविक मात्रा प्रतिरोधक होगी।

— प्लेसहोल्डर

Answer 3

भ्रम इस तथ्य से उपजा है कि वे (तात्कालिक विद्युत और चुंबकीय वेक्टर क्षेत्र) अंतरिक्ष में 90 डिग्री के अलावा हैं, समय में नहीं। यानी:

$E \cdot B = 0$$E \times B$

Answer 4

$\hat{z}$$\vec{E} = \hat{x}E_0 \cos\left(\omega t - kz\right)$

$$\nabla \times \vec{E} = -\frac{\partial}{\partial t}\mu\vec{H}$$ $\vec{H}$$\vec{E}$$\vec{H}$$\vec{H}$$^\circ$

मूल रूप से, प्रश्न में जुड़े एक जैसे आरेख, अंतरिक्ष में खेतों की कल्पना करने के लिए अच्छा हो सकता है, और यदि आप ध्यान से देखें तो आप क्षेत्र को चरणबद्ध देख सकते हैं। समीकरणों को देखते हुए हालांकि खुलासा हो सकता है, और यदि आप गणित से गुजरते हैं तो मैक्सवेल आपको जवाब देगा।

Answer 5

विकिपीडिया को उद्धृत करने के लिए :

क्षेत्र के विद्युत और चुंबकीय भाग दो मैक्सवेल समीकरणों को संतुष्ट करने के लिए शक्तियों के एक निश्चित अनुपात में खड़े होते हैं जो निर्दिष्ट करते हैं कि एक दूसरे से कैसे उत्पन्न होता है। ये ई और बी क्षेत्र भी चरण में हैं, दोनों अधिकतम और मिनिमा तक अंतरिक्ष में एक ही बिंदु पर पहुंचते हैं (चित्र देखें)। एक आम गलतफहमी यह है कि विद्युत चुम्बकीय विकिरण में ई और बी क्षेत्र चरण से बाहर हैं क्योंकि एक में परिवर्तन दूसरे को पैदा करता है, और यह उन दोनों के बीच एक चरण अंतर पैदा करेगा जैसा कि साइनसोइडल फ़ंक्शन (जैसा कि वास्तव में विद्युत चुम्बकीय प्रेरण में होता है, और निकट में होता है) (एंटेना के करीब क्षेत्र)।

Comments

एक साइड नोट के रूप में, इन क्षेत्रों की दिशा सिग्नल के ध्रुवीकरण को निर्धारित करती है। यदि आपने E और B फ़ील्ड्स के अक्षों को आपस में जोड़ दिया है, तो कुछ प्रकार के एंटीना तब तक सिग्नल लेने में विफल होंगे जब तक आप एंटीना को 90 डिग्री तक घुमा नहीं लेते। (या कुछ प्रकार के धूप का चश्मा संकेत संचारित करने में विफल होंगे)

— ब्रायन ड्रमंड बाद

Answer 6

वोल्टेज चुंबकीय क्षेत्र पर निर्भर नहीं है, लेकिन परिवर्तन की अपनी दर पर। इसलिए चुंबकीय क्षेत्र शून्य होने पर प्रेरित वोल्टेज उच्चतम होता है, जब इसका व्युत्पन्न उच्चतम होता है।

ईएम तरंग में निरंतर ऊर्जा के लिए, हमें चरण से बाहर 90 डिग्री होने के लिए चुंबकीय घटक और वोल्टेज के विद्युत घटक की आवश्यकता होती है: इस प्रकार हमें चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव की आवश्यकता होती है जब विद्युत क्षेत्र 0 होता है; यह तब होता है जब खेत खुद चरण में होते हैं।

Comments

क्या आप विद्युत चुम्बकीय तरंग के ई क्षेत्र के साथ ऐन्टेना में प्रेरित वोल्टेज को भ्रमित नहीं कर रहे हैं? वैक्यूम में, बी = k vacuum / c☓E (k

— MSalters

Answer 7

हाँ, वे चरण या -180 ° चरण में हैं जैसा कि "कैप्टज2001" द्वारा बताया गया है जब इसे प्रदर्शित करने के लिए मैक्सवेल समीकरण का उपयोग किया जाता है।

$\vec{E}$$\vec{B}$$\vec{H}$

$\vec{E}$$\vec{B}$$\vec{E} \times \vec{B}$

$Ex$$By$$\vec{z}$$\vec{E} \times \vec{B} = \hat{z}Ex By$$Ex$$By$$\vec{E}$$\vec{B}$