Формул в современных учебниках становится все больше, а иллюстраций – все меньше. Рисунки являются эффективным средством для пояснения материала и улучшения его понимания, так почему же авторы учебников стали «экономить» на рисунках?
Проблема заключается в том, что формулы-то сами по себе могут быть правильными, но рисунки иногда вскрывают и делают видимыми ошибки в логике рассуждений, допущенные еще до начала составления формул.
Судя по воспоминаниям Ричарда Фейнмана, вплоть до середины XX века из учебников по классической механике приходилось вычищать нелепости, заметные как раз по иллюстрациям.
Ситуация в электродинамике весьма печальная до сих пор: вместо поиска и исправления ошибок наблюдается стремление спрятать их за схоластическими рассуждениями и громоздкими вычислениями. Накопленную в этом разделе физики за двести лет груду предрассудков ученые даже трогать боятся: постоянно спотыкаются о предрассудки, иногда проваливаются в них с головой, но мусор убирать ленятся, так как придется перепроверять математические модели за указанные двести лет.
Принято, например, считать, что радиоволны – это поперечные электромагнитные волны. Причем принято так было с подачи Джеймса Максвелла задолго до того, как Генрих Герц доказал существование радиоволн экспериментальным путем.
Максвелл вывел уравнения для плоской электромагнитной волны, основываясь на разработанной им же системе уравнений, описывающих электромагнитное поле. Иллюстрация, приведенная Максвеллом для пояснения полученных результатов, изначально выглядела странно, так, как показано на рисунке 1 (рисунок заимствован из книги «Избранные сочинения по теории электромагнитного поля»).
Рисунок 1. Так изображал плоскую электромагнитную волну Джеймс Клерк Максвелл
В современных учебниках картинка повернута на девяносто градусов (рисунок 2), но сути дела это не меняет: обе величины на графике то одновременно принимают максимальное значение, то одновременно обращаются в ноль. Господа физики, вы здесь с точки зрения физического смысла ничего странного не замечаете?
Рисунок 2. Так изображают плоскую электромагнитную волну в современных учебниках
По приведенному выше изображению плоской волны видно, что Максвелл, вопреки логике и здравому смыслу, упорно пытался «подстричь под одну гребенку» электричество и магнетизм. Результат получился абсурдный: кинетическая энергия должна переходить в потенциальную и обратно, или энергия магнитного поля должна переходить в энергию электрического поля и обратно, а по рисунку что за ерунда получается?
Смотреть надо не только кто что делает, но и кто чего не делает. Некоторые рисунки в учебниках не приводят потому, что они сразу же порождают вопросы.
Рассмотрим ситуацию, когда и передатчик, и приемник оснащены рамочными антеннами, а антенны установлены параллельно друг другу вдоль общей оси, как показано на рисунке 3.
Рисунок 3. Рамочные антенны передатчика и приемника установлены параллельно друг другу
Магнитная компонента радиоволны в данном примере является продольной.
А электрическая компонента в этом случае вообще есть? Или мы имеем дело с чисто магнитной волной?
Где можно найти уравнения, описывающие подобную волну?
Комментарии
А причём здесь стоячие волны? Разве у ТС рассматривается случай стоячей волны?
Но если что, то у меня есть практический опыт замера стоячей волны в фидере с напряжением от источника 10 кВ. Лучше не спорить здесь со мной. Добавлю, что из этого фидера, из места пучности Е-поля, можно было вытянуть искру длиной до полуметра, искра шипит как кошка и дым бурый испускает - оксид азота.
ПС. То, что на Вашей картинке изображено является частным случаем у стоячей волны. Лучше найдите картинку где в njxrt "0" волна находится не в фазе [ 90*n ]
-- Не передёргивайте!
Я о стоячих волнах ни сказал ни слова. А подходящую картинку с SIN и COS разъяснил по осям, где что откладывать!
На Ваших картинках стоит подпись "Стоячие волны". Там нарисованы и падающая и отражённая волна. Не подготовленный читатель будет только непонимающе взирать на такие картинки. Вы это сделали специально, или в интернете других картинок нет?
-- Долго искал. Какую уж нашел картинку. Все другие, к сожалению без сдвига. Подписи
"Стоячие волны"не верить. ;)))п.с. Не вижу я там никакой подписи "стоячие волны". Наверное слепым стал....
Там между этими двумя словами есть ещё слово "электромагнитные", но в нашем случае оно избыточно.
С чего бы это? Это во вторичной обмотке трансформатора наведенное напряжение пропорционально производной. А в обычном проводнике - пропорционально силе тока без всяких производных. Иначе реле постоянного тока просто не работали бы. Так что все исходные рисунки правильны.
А как Вы думаете, почему я написал "более правильно", а не просто "правильно" ?
Мы волну рассматриваем или нет? Вроде бы ТС поднял тему правильности картинок ЕМ-волны
ПС. немного не туда попал с ответом
На графике вроде как напряженность ЭМ поля, без всяких волн.
На картинках у ТС указаны и длина волны и вектор движения.
Да, согласен, на втором рисунке волна.
Но волны будут синфазны. Магнитное поле пропорционально силе тока. Сила тока пропорциональна ЭДС. Значит, магнитное поле пропорционально ЭДС, то есть электрическому полю. И если у нас одиночный импульс - так и пойдут два синфазных импульса, электрический и магнитный.
Ток подчиняется закону Ома для полной цепи.
попробуйте с этой стороны зайти и сделать выводы.
Это слишком сложный для рассмотрения случай. Бесконечный спектр сигнала и прочие неприятности. Точно не формат АШ. Никаких фломастеров не хватит рисовать картинки с векторами. Там придётся интегрировать очень большое количество слагаемых. И в итоге, многое будет зависеть от конструкции излучателя.
Вихревое электрическое поле существует только у волны. А у статического электрического поля нет магнитной составляющей.
относительно ошибок на картинке - волна сферическая, а не цепочечная, но большая часть энергии распространяется в плоскости условного экватора. Полная энергия сохраняется, но её плотность через единицу площади поверхности сферы уменьшается пропорционально площади сферы.
Такая картинка(если правильно стрелки проставить) более подходит для волновода.
нет. аккуратное решение уравнений Максвелла как раз таки контринтуитивно дает результат, при котором напряженности магнитной и электрической составляющей синфазны.
Да что вы говорите! И что же это за колечки, за которые цепляются другие колечки? Они наверное из чего-то состоят, раз их конфигурация жизненно важна для "правильности" изображений.
Бггггг! Раскройте нам тайны мироздания!, что из чего состоит и что за что цепляется...
Садись - 2. Завтра в школу - с родителями, отец должен быть всенепременно, будем ему пояснять разницы меж последовательным и параллельным контуром.
Кстати, в Союзе платили за энергию электричества как раз вот по данному графику и, секундочку, копейки.
а что мы должны тут заметить странного с точки зрения физического смысла? энергия переносится вдоль вектора Умова-Пойнтинга. в определенной точке в определенные моменты времени есть минимумы и максимумы энергии, все логично - волны же.
все правильно у Максвелла и рисунок верный
Таки смещения в четверть периода не должно быть?)
из чего это следует?
Ну как? Товарищ, который просто пользователь, так нарисовал. Разве этого недостаточно?)
а я не знаю, зачем этот товарищ вообще полез опровергать Максвелла))
Ладно. Дадим возможность просто пользователю оправдаться. Ждём-с...)
Кто такая "энергия", когда статика и магнитное поле на нуле?
(Может "гравитацию" туда засунуть?)
когда статика и магнитное поле на нуле -тогда и энергия в конкретной точке равно нулю, в чем Вы тут нашли противоречие?
А кто тогда дрейфует по вектору?
Чтоб потом создать и электрическое, и магнитное поле разом.
(вероятно демон Максвелла:)))
волна дрейфует, что не так? учите физику. электромагнитное поле может в некоторых точках быть равным нулю, вас это удивляет чтоли?
Ещё раз.
Кто такая волна? (Адрес, фамилия? 8-)))
Структура, силы взаимодействия(магнитное и статика на нуле)
Гравитация, время, энтропия, сжатие и разрежения пространства -- ??
Формула преобразования наконец.
Вы предлагаете волну, которой нет, в структуре, которой нет(по крайней мере в учебнике)
волна - это распространяющееся во времени и пространстве электромагнитное поле. описывается уравнениями Максвелла.
что такое распространение во времени и пространстве и что такое электромагнитное поле тоже объяснить?
Для особо тупых !!
Что происходит с пространством в период фазы нулевого магнитного и статикого поля ?
Физика, это не религия, а Максвел не пророк.
Что вы как поп в церкви, твердите вызубренное, даже непонимая своих слов? (Неговоря уже о заданном вопросе.)
ничего не происходит с пространством, оно как было, так оно и остается. пространство задается не электромагнетизмом, а гравитацией. электромагнитная волна переносит не массу, а энергию. фотон (квант электромагнитного поля) - безмассовый.
"Великое Ничто"
Вам не кажется, что целая область физики спрятано за этим прозаическим упрощением?
Вопрос не к формулам - они вполне эмпирические. Вопрос к пониманию процесса, если он остаётся открытым, то и изучать его оправдано.
-- Ты прав, stop!
Максвелл систематизировал несколько законов для работы стационарного трансформатора переменного тока. Никакой динамики для ЭМ-волны там нет.
Из уравнений Максвелла следует, что вектора напряженностей магнитного и электрического поля изменяются синхронно, т.е. одновременно достигают в точке пространства максимума или минимума. Не пойму, в чем сложность в понимании визуализации? Вот у вас пошел перемещаться в пространстве сгусток энергии, он последовательно проходит точки пространства вдоль линии распространения: там где он появился - максимум энергии, там где он ещё не появился или уже пропал - минимум энергии. Считайте этот сгусток энергии гребнем волны. За этим гребнем пошел следующий гребень, за ним - ещё один. И так далее. Вас удивляет что гребни волны перемещаются в пространстве, или что, я не пойму? Изначально энергия берется от источника энергии, а не из ничего.
Так мы и не дождались оправданий от Просто пользователя. А может, он прав, не?)
А в чём проблема проверить на практике?
1. Берём двух лучевой осциллограф со входом X.
2. Переводим в режим рисования фигур Лиссажу.
3. На вход Х подаём исходный сигнал с передающей антенны.
4. На вход Y1 - сигнал с дипольной антенны.
5. На вход Y2 - сигнал с магнитной антенны.
И изучаем как вектора Е и Н соотносятся друг с другом в пространстве по отношению к фазе передающей антенны.
ПС. Кто работает с СВЧ, там ещё проще. В волноводах бывает отбор(или передача) энергии штырьком или петелькой. Но, думаю, им эта тема не интересна совсем.
Ах, голубчик, да правы вы, правы! Простите великодушно меня, старика... кхе, кхе, кхе (кашляет).
Что же касается вашего совета взять осциллограф, то помилуйте, ради бога! Отродясь в руки не брал ничего тяжелее ручки и чле... эмм... членского билета, да-с. Да и ни к чему нам все эти ваши, прости господи, осциллографы, отвёртки и, не дай бог, паяльники!
Смотрите. Точка на вершине горба синусоиды соответствует не максимальной скорости смещения электрона, а наоборот, полной его остановке. Максимальной же скорости электрон достигает при пересечении оси Х. Что вполне согласуется с теорией.
Как видите, ловкость рук... ой, бр-р... то ись, сила мысли и ничего больше. Никаких ваших осциллографов не понадобилось. И вот так вот у нас, квантовых физиков-теоретиков, сплошь и рядом...
Не скрою, вы мне нравитесь. Всё-таки, стариковская интуиция меня не обманула. Чувствуется, чувствуется в вас... эмм... потенциал, да-с. Небось, за плечами не только десятилетка? В смысле, научно-популярную литературку почитываете... по вечерам, после смены у шлифовального станка?)
Ну, образование, полученное в СССР трудно пропить полностью. Да и жизнь по разным объектам покидала, всякое видел. А по идее, на этих векторах и волноводах Е11, Н10 (и прочих) я должен был собаку съесть, но не сложилось. В итоге съел её на другом.
электронного микроскопа?
И есть у теоретиков какие-нибудь подвижки в понимании нейтрино ?
Последние лет 40-50 ничего существенного не поменялось. А, как мне кажется, именно через эту частицу можно понять квантовые свойства пространства. Ведь у неё не бывает добавочной массы в виде присоединёных фотонов. Все виды движения(ускорения частиц), что мы фиксируем основаны на присоединении к ним квантов ЕМ-поля. Сразу появляется вопрос, за счёт чего у нейтрино варьируется энергия, и как они ускоряются, если имеют не нулевую массу покоя. Ниже я приводил диаграмму бетта-распада. Там сразу появляется вопрос - как делится энергия между лептоном и нейтрино.
ПС. я тут подумываю, не поморочить ли народу мозги по спектру излучения ядра Hf-176 c уровня возбуждения 547 кэВ ? С практической работой, иначе это скучно и непроверяемо, как в случае с эфиром, который не диэтиловый.
Если Вы про теорию о строении электрона, то в конце 80-х на работе появился лазерный принтер и один ктн на нём много всякого печатал и часть листов оставил на черновики(обратная сторона была чистой). Вот там и попалась мне эта работа, но не знаю кто автор, так как часть листов уже растащили на черновики.
Наблюдайте внимательно за моими руками. Вот электрон пришёл в движение. Его скорость всё увеличивается и увеличивается. И вот, она достигла своего максимума. На рисунке это будет самый верх горба синусоиды...
Затем скорость начинает уменьшаться. Уменьшается, уменьшается, пока электрон совсем не остановится. На рисунке синусоида в этом месте пересекает ось Х. Дальше электрон снова начинает разгоняться, но уже в противоположную сторону. На рисунке это нижний горб синусоиды...
Просто ведь. Что тут не понятно?)
Предлагаете скорость электронов в излучении сделать не световой постоянной, а фазовой?
От нуля к сверхсветовой. Как минимум вдвое.
(чтоб поспевать за стандартной скоростью света)
Непонятно, при чём тут электрон :)) Речь ведь про волну. В частности - в пустом пространстве. И почему в Вашем описании одна синусоида. Она - что?
С рамочными антеннами надо тщательнЕе.
Такие рамки, как у Вас на рисунке, на значительном удалении будут работать друг на друга как резонансные (на длине провода должна уложиться длина волны) электрические антенны антенны (горизонтальная компонента E).
Чтобы антенна стала магнитной, просвет рамки надо заполнить материалом с большой магнитной проницаемостью. Тогда она будет работать по компоненте B. Но принимать будет торцом (не плоскостью, а боком). Передающие антенны так не делают из-за больших потерь в магнетиках (нагрев, перемагничивание, разрушение...).
Смешались в кучу кони-люди.
"Такие рамки" - типичная ДМВ-антенна. Можете на досуге подвигать такую и поискать резонанс, как функцию удаления от телевышки. Но, внимание! Вы можете найти пучность стоячей волны, если с противоположной стороны от передающей антенны будет отражение.
Это используется только для волн с длиной волны в километры и сотни метров. Диапазоны ДВ и СВ.
Мы говорим о поле электромагнитном. О компонентах поля антенн.
В бесконечном свободном пространстве.
А не многолучевом распространении радиоволн. Не о работе конкретной антенны с подстилающей поверхностью. И не о частотных свойствах антенн.
"Это используется только для волн с длиной волны в километры и сотни метров. Диапазоны ДВ и СВ."
Ну да. То-то военные вовсю применяют их в КВ диапазоне. Изучайте популярное.
Это частный случай, подтверждающий правило:
И во времена СССР было аналогично:
А вот для диапазонов ДВ и СВ магнитная антенна была массовым явлением. А то, на что Вы дали ссылку использовалось в мобильных пеленгаторах. И при позднем СССР подключались к приёмникам с возможностями сканирования частот с возможностью отображения графика частота-мощность на экране ЭЛТ.
Радиостанции Р-140, Р-160,... пеленгаторы? ФАЗП на них для приёма на КВ.
А прочитать, что магнитная антенна хорошо работает только на приём, как передающая она плохо работает?
Для передачи обычный штырь лучше подходит, а для уменьшения его длины, проще добавить пару витков, без всяких ферритовых стержней.
А с этими стержнями у антенны появляется диаграмма направленности, особенно, если там несколько ферритовых стержней, в чём Вы можете убедиться, если сходите по ссылке. Для направленных приёмо-передающих антенн в КВ диапазоне используют двойной ромб. Слышали о такой антенне?
Но кому нужна направленная антенна на а/м ? на ходу устанешь держать абонента в лепестке. И на стоянке нужно машину ориентировать, либо антенна должна вращаться. А чем это не пеленгатор?
На безрыбье и радиостанция является приёмником. Многие сталкивались с этими Р-140 и пр. Но кто сталкивался с магнитной антеной на КВ? Поднимите обе ноги. Не вставайте, продолжайте сидеть.
Вас жестоко обманули. Хотел я написать куда в позднем СССР подключали эту антенну, но не буду.
Как видите, никаких радиостанций Р-140 и Р-160 нет и в помине. Только приёмники.
А к Р-140 подключалась такая антенна, где нет никаких ферритовых стержней:
и на закуску:
При передаче совсем другие мощности, а у ферритов быстро происходит насыщение. Со всем из этого вытекающим.
Страницы