Menu

1.1.4. Váltakozó elektromágneses erőtér

 

A váltakozó áram által létrehozott elektromágneses erőtér viselkedésével magyarázható az elektromágneses hullámok távhatása (sugárzása). Minden tér energiát tartalmaz, amelyet az őt gerjesztő generátorbál vesz át. A generátor bekapcsolását követő bizonyos idő elteltével a vezetőből annak környezetébe energia lép ki: az elektromágneses tér kialakul (azért "bizonyos idő" után, mivel az elektromos energia sem végtelenül nagy sebességgel, hanem "csak" fénysebességgel terjed). Ha a generátort ismét kikapcsoljuk, az elektromágneses erőtér összeomlik, a tér energiája visszatér a vezetőbe. Minthogy ez a visszatérés is egy bizonyos időt vesz igénybe, ezért a vezetőtől legtávolabb levő térrészben jelenlevő energia tér vissza a legkésőbb.

Az összeomló mágneses erőtér a vezetőben feszültséget indukál, amelynek hatására ismét elektromos erőtér alakul ki. Ez a feszültség, amely pl. elektromos áramkör megszakításakor alakul ki. a mindennapi életben gyakran lép fel. Ennek hatására alakul ki, pl. a gépkocsik gyújtótekercseiben a megszakítók működésekor a gyújtáshoz szükséges szikra.

Egyenáram esetében az elektromágneses erőtér nyugalmi állapotban van. Az imént leírt jelenségek csak bekapcsoláskor (a tér kialakuláskor) és kikapcsoláskor (a tér összeomlásakor) lépnek fel.

Ha a vezetőben váltakozó áram folyik, a be- és kikapcsolási jelenségek a frekvenciától függően, folyamatosan lépnek fel. Bizonyos körülmények között, amelyekre később még részletesebben kitérünk, a következő helyzet áll elő: a váltakozó áram növekedésével - a futási idő függvényében némi eltolódással - elektromágneses tér alakul ki. Ha a szinuszos lefutási áram most csökkenni kezd, a tér energiája visszatér a vezetőbe. De mivel a futási idő függvényében a tér energiájának egy része később érkezik a vezetőhöz, ott már merőben megváltozott árameloszlási viszonyokkal találkozik. Ez az új árameloszlás újabb erőteret alakít ki, amely a visszajutó térnek egy régibb részét a vezetőből kiszorítja. Az ilyenformán kiszorított elektromos erővonalak zárt hurkokat képeznek, amelyeket mágneses erővonalak vesznek körül. Minthogy ez a jelenség a váltakozó áram frekvenciájának megfelelően folyamatosan ismétlődik, olyan elektromágneses hullámok alakjában terjed, amelynek frekvenciája és hullámhossza az őt gerjesztő váltakozó áramnak pontosan megfelel. A hullám a térben a fény sebességével távolodik a vezetőtől.

Az elektromágneses hullám kialakulásának feltétele tehát, hogy a generátor mindig egy pontosan meghatározott időpontban ellentétes irányú árameloszlást szolgáltasson, amely az összeomló erőtér visszajutását megakadályozza, és arra kényszeríti, hogy a vezetőtől eltávolodjon.

Az elektromágneses hullám terjedési iránya az elektromágneses erőtérre merőleges. Az összefüggések vektoriális ábrázolása az 1.4. ábrán látható.

 

1.4. ábra. Térerővektorok és a terjedési irány viszonya szabad térben

 

Az ábrán az E vektor az elektromos térerőt, H vektor pedig a mágneses térerőt jelöli. A g Poynting-féle vektor az energiaátvitelt határozz, meg a terjedés, irányában merőleges az E és H vektorokra, és azt az energiamennyiséget adja meg, amely a haladás irányára merőlegesen álló 1m2 felületre másodpercenként jut.

 

Összefüggés az elektromos és mágneses erőtér között
Tartalom
Síkhullámok