初めまして.こんにちは.Jackです. 高校3年で,物理の知識は高校物理を少し理解しているくらいです.
質問なんですが,電磁波の伝わって行き方をイメージするとき
どちらが電磁波のイメージに近いのでしょうか.
わかる方,返信宜しくお願いしますm(_ _)m
Jackさん,始めまして.
簡単に図だけ見ただけですが,
(前者) 平面波を進行方向の線分に従って,電場と磁場を相互に垂直な方向にとり,その時間的変動を三角関数として図示したように思えます.
(後者) ダイポール型アンテナに高周波電流が加わって,アンテナの周辺にできる電場と磁場とを図示している.特に,電場に付いては水平断面を描き,磁場については垂直断面を書いているように思います.
この場合でも,電場と磁場が直交(垂直にまじわる)している事は同じですね.またアンテナから離れていくと,平面波に近付き,(前者)のようになると考えられます.
以上,定性的な説明です.
返信ありがとうございます. 後者の図も結局前者の図の様になるんですね.
また2つ質問で悪いんですが,
?後者の図の場合,波になってないような気がするんですが,そういう図ってことですか?
?前者の図は,山や谷の部分に電場又は磁場が出来ていると考えていいんでしょうか?
横から失礼します.
前者の図が,電磁場の値自体の空間的変化をグラフで表しているのに対して,後者の図では電気力線や磁力線によって電磁場の状態を表しているという違いがあります. 従って,アンテナから遠く離れて平面波と見なせる場合でも,後者の図は前者の図には一致しません.
質問についてですが
?波になっていないわけではありませんが,あの図では波であることが分かりにくいかもしれませんね.しかし電気力線や磁力線の向きが周期的に変化していることに注意すれば波であることが分かるでしょう.
?そう考えていいと思います.
yamaさん返信ありがとうございます.
電磁波は水面波の様なイメージでなく,電磁場の強さの周期的な変化であって,それをグラフにすると,前者の図のような波になるということでしょうか?
そういうことです.ただし,違いを理解した上でイメージとして水面波のようなものを考えてもいいとは思いますが・・・.
Jackさん,
午後買い物にでかけて応答できなくて御免なさい.
前者の絵は,次のように考えたらどうでしょうか? <pre> 1波長分の平面波の絵 :三角関数で表すべきでしょうが三角形で近似(笑). +xに電場E=「I」で強さと方向を表す. +yに磁場H=「/」で強さと方向を表す. +z:この電磁波の進行方向.(この方向に電磁波として運動量を持ちます)
I / III /// E IIIII ///// +x IIIIIII /////// ↑ -------------------------------------------------------> →+z /////// IIIIIII / ///// IIIII +y /// III H / I </pre>
ですから,電場だけとか,磁場だけに注目すると,水面の波が進行する場合や,ロープを連続的に揺さぶる時にロープの変形がくねりながら進行するのと同じと考えていいでしょう.
しかし,電磁波という名前にも明らかな様に,電場と磁場が一組になって進行するのが大切ですね.
なお,yamaさんのご説明,
>従って,アンテナから遠く離れて平面波と見なせる場合でも,後者の図は前者の図には一致しません.
ですが,私は,前者の図が後者に一致するとは書いてありません.
むしろ,アンテナ周辺の電磁場がどんなに複雑でも,アンテナから離れると,最終的には平面波(球面波もふくめて)に近付くことを指摘したものです.逆にアンテナの周辺ではとんでもない電磁場が起こります.ども変な成分は,距離が変わると急激に少なくなるので,遠方での平面波には影響しません,念の為.
また,後者の絵は,なにか違和感を覚えるのですが,詳しく拝見してから考えたいです.
お二人とも説明ありがとうございます.
僕が「水面波のようでない」と言ったのは, 前者の図はあくまで電磁場の変化を波の様に書いただけで,実際に図の様に波を描いて進むわけではないと思ったからなんですが,zoroさんの説明を聞くと実際にも図の様に進むような気がしてきました・・・
それから後者の絵の違和感は僕の学校の先生も言ってました.
一応どこで見つけたか書いておきます.
水面波の場合は,媒質(水)が実際に振動します.すなわち,媒質の各点が空間的に変位します.従って水面波の山の高さや谷の深さは,空間的変位の大きさなので長さの単位で表されます.
電磁波の場合は,電磁場が振動するわけですが,これは何らかの媒質が空間的に変位するのではなく,電磁場を表すベクトルが変化するということです.従って電磁波の山の高さや谷の深さは,長さの単位ではなく,電磁場の強さの単位(電場では V/m)で表されます.
つまり実際に媒質が空間的に変位するかどうかの違いはありますが,振動が伝わっていくという点は共通しています. 従って,電磁波では媒質が空間的に変位するのではないことを理解した上であれば,イメージとして水面波のようなものを考えるのはいいのではないでしょうか.
丁寧な説明ありがとうございます. 空間的に変位するのではなく,電磁場の強さが変化するんですね.
前者の図がグラフではなく,電磁波が伝わっていく図だと思ったところに間違いがあったみたいです.
最後に一つ質問なんですが,空間的に変位しないのにベクトルの方向があるんですか?
何度も質問すみません.
たとえば,力に方向があることは分かると思います. 電場の方向は,その点に正電荷を置いたときにその正電荷にはたらく力の方向です.