Välkommen till Resurscentrums frågelåda!

 

Vill du ha ett snabbt svar - sök i databasen: Anpassad Google-sökning
(tips för sökningen).
Använd diskussionsforum om du vill diskutera något.
Senaste frågorna. Veckans fråga.

3 frågor/svar hittade

Ljud-Ljus-Vågor [19723]

Fråga:
Svänger E och B fälten i takt i elektromagnetisk strålning?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hej!

Jag läser just nu om elektromagnetiska svängningskretsar och hur radiovågor alstras, men det finns något jag inte riktigt förstår. Om man utgår från förklaringen med svängningskretsen där energi växlar mellan att vara elektrisk mellan kondensationsplattorna och magnetisk i spolen, kommer man fram till att det magnetiska fältet är minimalt när det elektriska fältet är maximalt och vice versa. Men när vi talar om elektromagnetiska vågor är inte fälten förskjutna relativt varandra med pi/2 rad, de är ju i fas!Jag har försökt googla runt och stötte på begreppen induktionsfält och strålningsfält, men ingen riktig ingående förklaring på vad dessa är och hur de gör att fälten hamnar i fas, så jag hade varit tacksam om jag hade fått en här!

Mvh, Rose
/Rose G, Katedralskolan, Växjö

Svar:
Engelska Wikipedia säger följande om elektromagnetisk strålning:

Electromagnetic radiation (EMR) is a form of radiant energy released by certain electromagnetic processes. Visible light is one type of electromagnetic radiation, other familiar forms are invisible electromagnetic radiations such as X-rays and radio waves.

Classically, EMR consists of electromagnetic waves, which are synchronized oscillations of electric and magnetic fields that propagate at the speed of light. The oscillations of the two fields are perpendicular to each other and perpendicular to the direction of energy and wave propagation, forming a transverse wave. Electromagnetic waves can be characterized by either the frequency or wavelength of their oscillations to form the electromagnetic spectrum. (Electromagnetic_radiation )

Maxwells ekvationer ger en vågekvation där amplituden på stort avstånd från källan (se nedanstående figur) avtar som 1/r. Detta är ditt strålningsfält. Fälten ser ut som i figuren i fråga 15035 . Man ser att E och B svänger i takt.

Nära källan är fälten mycket mer komplicerade eftersom vi har både laddningar och magnetism. Dessa (induktionsfältet) avtar emellertid hastigare än 1/r och försvinner på stort avstånd. Det är alltså bara strålningsfältet, som avtar som 1/r, som överlever på stort avstånd.

Det är alltså amplituden på fälten som avtar som 1/r. Energitransporten ges emellertid av Poyntings vektor (Poynting_vector#Plane_waves ):

P = konst*ExB = konst*E2/c,

och avtar, som sig bör, som 1/r2.

Se även Electromagnetic_radiation#Near_and_far_fields , Electromagnetic_radiation#Derivation_from_electromagnetic_theory och fråga 2867 .

Hoppas det blev lite klarare, Rose, men detta är inte helt lätt. Bra föreläsningar om Maxwells ekvationer och elektromagnetisk strålning av professor Shankar (Yale) finns under länk 1 och 2. Mot slutet av föreläsning 2 visar föreläsaren hur den magnetiska kraften uppkommer som en relativistisk effekt på laddningar som rör sig. Det var detta som fick Einstein att utveckla sin speciella relativitetsteori.



/Peter E

Nyckelord: elektromagnetisk strålning [15]; Maxwells ekvationer [3]; relativitetsteorin, speciella [38];

1 https://www.youtube.com/watch?v=yINtzw63Knc
2 https://www.youtube.com/watch?v=JJZkjMRcTD4

*

Elektricitet-Magnetism [19282]

Fråga:
Hur fungerar induktion?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hej, jag har försökt förstå hur induktion fungerar men jag kan inte förstå hur en ledare kan "skapa" ström genom att förflytta sig igenom ett magnetfält. Är tacksam om jag får en bra förklaring.
/Johanna L

Svar:
Fysik bygger på observationer. I bästa fall kan dessa beskrivas med matematik. "Förstå" fysik kan man inte, men ett förhållandevis begränsat antal lagar beskriver det mesta ganska väl.

Maxwells fyra ekvationer tillsammans med Lorenz-kraften är tillräckligt för att härleda alla effekter i klassisk elektromagnetism, se 13822 , Maxwell's_equations och Lorentz_force .

Induktionslagen beskrivs av Maxwells ekvation nr 2 och säger att den inducerade spänningen är proportionell mot ändringen per tidsenhet hos det omslutna magnetfältet.

Vad gäller din fråga om en ledare som rör sig i ett magnetfält så kan du tänka så här. Ledaren innehåller fria laddningsbärare - elektroner med laddningen e. Elektronerna påverkas när den rör sig med hastigheten v av magnetfältet B med den magnetiska delen av Lorenz-kraften

F = e vxB.

Kraften är alltså riktad vinkelrätt mot B och v och förskjuter laddningarna i kraftens riktning. Det bildas ett överskott på laddningsbärare vilket skapar en spänning. Om kretsen är sluten får man då en ström.

Faradays skivgenerator

visar att man genom att övertolka Faradays induktionslag kan få orimliga resultat. Nedanstående bild är från Electromagnetic_induction#"Counterexamples"_to_Faraday's_law .

Faradays lag gäller för slutna kretsar med tunna ledare, men den kan skapa problem om den tillämpas i andra sammanhang.

Den ledande skivan roterar med vinkelhastigheten w. Radien sveps alltså genom det statiska magnetfältet B. Den magnetiska delen av Lorenz-kraften vxB skapar en ström i radiens riktning till kanten av den ledande plattan (radien är vinkelrät mot både v och B). Därifrån kompletteras kretsen genom kontaktdonet i nederkanten och rotationsaxeln. Denna konstruktion genererar en konstant spänning/ström även om kretsen, och därmed magnetfältet, är oförändrad i tiden.



/Peter E

Nyckelord: fysik, förståelse av [16]; Maxwells ekvationer [3]; induktion [13];

*

Elektricitet-Magnetism [13822]

Fråga:
Jag har läst här på frågesidan om magnetiska monopoler. Svaren ni ger innebär att inga teoretiska hinder finns för deras existens. Detta är fullständigt nonsens enligt min mening. Självklart finns inga monopoler eftersom inga poler alls existerar. Jag hävdar att alla magnetiska fenomen enkelt låter sig förklaras med Coulombs lag och relativistisk längdkontraktion. Tag t.ex två parallella motriktade elektriska stömmar. Ömsesidigt ser elektronerna en elektronvärld i grannens tråd som har längdkontraherats relativistiskt varför coulombrepulsion uppträder. I alla lägen kan magnetism förklaras genom två enkla principer: 1. Lika strömmar attraherar varandra, motriktade strömmar repellerar varandra där kraften är en relativistisk coulombkraft. 2. All s.k. magnetism uppkommer ur elektriska strömmar. Insisterar man med att införa begreppet magnetfält och magnetiska poler kan man ju försöka klargöra var polerna finns i det cirkulära magnetfältet kring en elektrisk ledare. Är jag helt fel ute här eller?
/Bernt S, Dahlstiernska gymnasiet, Mellerud

Svar:
Den generellt accepterade statusen vad gäller existensen av magnetiska monopoler är att inga teoretiska hinder finns för deras existens. Du kan kalla det fullständigt nonsens om du vill, men statusen är ett faktum. Vi som svarar i frågelådan kan inte allt, och det finns säkert felaktiga svar, men vi gör vårt bästa och försöker alltid svara så korrekt som möjligt.

Maxwells ekvationer (se bilden nedan och länk 1) sammanfattar de klassiska egenskaperna av elektromagnetism på ett utomordentligt kompakt sätt. Matematiken är inte helt lätt, men alla måste ändå slås av skönheten i dessa fyra ekvationer (i ordning uppifrån och ner):

Gauss lag för elektricitet
Faradays induktionslag
Gauss lag för magnetism (frånvaron av magnetiska monopoler)
Amperes lag

Den sista ekvationen är även grunden för elektromagnetisk strålning.

Vad gäller magnetiska monopoler (Magnetic monopole ) så är det mycket möjligt att de inte existerar. Ett skäl är att de om de existerade borde vara ganska lätta att detektera, men man har inte sett några indikationer i något experiment (Magnetic Monopole Searches ). Om magnetiska monopoler existerar måste naturligtvis den tredje ekvationen nedan modifieras.



/Peter E

Nyckelord: magnetism [48]; magnetisk monopol [4]; Maxwells ekvationer [3]; #ljus [63];

1 http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/electric/maxeq.html
2 http://fy.chalmers.se/~tfymp/Homepage/Teaching/FFM232/lecture8.pdf

*

Ämnesområde
Sök efter
Grundskolan eller gymnasiet?
Nyckelord: (Enda villkor)
Definition: (Enda villkor)
 
 

Om du inte hittar svaret i databasen eller i

Sök i svenska Wikipedia:

- fråga gärna här.

 

 

Frågelådan innehåller 7203 frågor med svar.
Senaste ändringen i databasen gjordes 2017-11-19 11:33:22.


sök | söktips | Veckans fråga | alla 'Veckans fråga' | ämnen | dokumentation | ställ en fråga
till diskussionsfora

 

Creative Commons License

Denna sida från NRCF är licensierad under Creative Commons:
Erkännande-Ickekommersiell-Inga bearbetningar
.