Ausbreitung von EM-Wellen durch Antenne

Das liegt daran, dass Strahlung immer durch Beschleunigung der Ladung erzeugt wird und die Spitzenbeschleunigung einer Ladung sich mit der Amplitude bewegt$a$bei Kreisfrequenz$\omega$Ist$a\,\omega^2$.

JJ Thomson und Edward Purcell gaben uns diese wunderbar elegante Beschreibung: Wir stellen uns eine stationäre Ladung vor, deren elektrische Feldlinienverteilung im Gleichgewicht die radialen Linien außerhalb der Kreise in diesem Bild sind. (Thomson dachte an die Visualisierung, Purcell verwendete sie allein in seiner höchst originellen Ableitung der Larmor-Strahlungsformel ).

Jetzt beginnt sich die Ladung plötzlich gleichmäßig zu bewegen, wodurch ihre Feldlinienverteilung im stationären Zustand wie das Feld innerhalb der Kreise im obigen Bild aussieht. Aber die Änderungen des Feldes können sich nur mit einer maximalen Geschwindigkeit von nach außen ausbreiten$c$(Spezielle Relativitätstheorie) und weil die Feldlinien nicht brechen können (da außer der beschleunigten keine Ladung im Diagramm vorhanden ist und das Gesetz von Gauß uns sagt, dass Linien nur bei einer Ladung enden können), müssen wir eine solche Konfiguration wie in haben das Diagramm, wo es einen Übergangsbereich zwischen den zwei Kreisen gibt, wo das E-Feld nicht radial gebogen wird, um die zwei stationären Konfigurationen zu verbinden. Dieser nach außen verlaufende Knick ist die Strahlung, und es ist unschwer zu erkennen, dass die Ladungsbeschleunigung für die Strahlung nicht nur ausreicht, sondern auch notwendig ist, denn wenn sich die Ladungen alle gleichförmig bewegen, werden die Feldlinien einen stationären Zustand annehmen Form und kann nicht strahlen, siehe meine Antwort hier für weitere Details .

Um Strahlung zu erzeugen, brauchen wir also beschleunigte Ladungen. Je mehr man sie beschleunigt, desto mehr Strahlung bekommen wir ab. Die Strahlungsleistung ändert sich quadratisch mit der Beschleunigung; Tatsächlich können Sie Purcells Diagramm und Argument quantitativ interpretieren, wie Purcell es getan hat, und die Larmor-Formel ableiten . Sehen:

Daniel V. Schroeder, Institut für Physik, Weber State University, „Purcell Simplified, or Magnetism, Radiation and Relativity“, Vortrag auf dem Wintertreffen 1999 der American Association of Physics Teachers

Die Spitzenbeschleunigung einer Ladung, die sich mit der Amplitude bewegt$a$bei Kreisfrequenz$\omega$Ist$a\,\omega^2$. Es sollte nun offensichtlich sein, warum für die Bestrahlung Hochfrequenz benötigt wird.

Auch zwei Leiter, die eng parallel gehalten werden und einen hohen, beschleunigenden Strom führen, aber so, dass die Bewegungen der Ladungen in den beiden Leitern entgegengesetzt sind, strahlen nicht viel ab. Dies wird als Abschirmung bezeichnet. Was passiert ist, dass jeder Leiter wie oben strahlt, aber der andere als Empfangsantenne fungiert, um die Strahlung durch die Wirkung des dynamischen elektrischen Felds auf seine Ladung zurück in den Stromkreis zu absorbieren.