Warum können nur die extrem niedrigen Frequenzen elektromagnetischer Strahlung die Erde und das Meer durchdringen?

Die Physik der Dämpfung ist die der Physik in leitfähigen Materialien. Die Skintiefe ist ein Dirigent (siehe Wikipedia unter https://en.m.wikipedia.org/wiki/Skin_effect ),

$d = \sqrt(2/\mu_0\sigma\omega)$

Siehe auch eine einfache Ableitung online unter http://farside.ph.utexas.edu/teaching/315/Waves/node65.html Meerwasser ist immer noch ein guter Leiter, wie dort gezeigt, mit einer Leitfähigkeit von 5 (Ohmmeter)$^{-1}$. Die Skin-Tiefe entsteht, weil die geladenen Teilchen im Medium dazu neigen, das elektrische Feld aufzuheben, und dies schließlich tun. Je höher die Leitfähigkeit, desto geringer sind die Hauttiefen. Sie müssen die Maxwell-Gleichungen mit den Näherungen für einen guten Leiter lösen und erhalten die Wellenlängenabhängigkeit. Der Artikel zeigt die Ableitung, die der grundlegende Elektromagnetismus ist. Es ist auch Standard in Lehrbüchern, siehe zum Beispiel bei Jackson. Intuitive Interpretation (obwohl besser zu rechnen, Sie werden nicht falsch interpretieren) ist, dass die elektromagnetische Energie pro Tiefeneinheit bei höheren Wellenlängen geringer ist, die Änderungen teilweise nach Wellenlänge skaliert sind.

Mit$\sigma$die Leitfähigkeit u$\omega = 2\pi f$, und f die Frequenz. Für eine niedrigere Frequenz f ist die Skin-Tiefe höher, eine größere Durchdringung oder Distanz vor der Dämpfung.$\mu_0$Ist die Vakuumdurchlässigkeit. Die meiste oder fast die gesamte Absorption erfolgt durch das elektrische Feld bei ELF-Frequenzen, sodass die magnetischen Eigenschaften des Leiters wenig ausmachen. Die Herleitung der Skin-Tiefe steht in so ziemlich jedem Elektromagnetismus-Buch, im allgemeinsten Fall auch.

Auch die Erde ist ein Leiter, ein geologischer Leiter mit typischen, komplex angeordneten Starta. Für niedrigere Frequenzen wie ELF haben die Anordnungen im kleinen Maßstab wegen Wellenlängen von tausend und mehr Kilometern wenig Wirkung, daher ist eine durchschnittliche Leitfähigkeit keine allzu schlechte Annäherung. Ich habe beim Googeln eine gute Referenz für die Absorption durch die Erde gesehen, kann sie aber anscheinend nicht wiederfinden.

Auch hier breiten sich niedrige Frequenzen wie ELF besser aus.

Übrigens breiten sie sich auch oberirdisch ziemlich gut aus, wobei der Boden und die Ionosphäre einen Kanal bilden. Viel Papier über die Physik und Ausbreitung dieser Wellen.

Der Grund dafür ist die Frequenzdämpfung . Elektromagnetische Strahlungen treten beim Durchdringen der Medien mit den Medien in Wechselwirkung und werden gedämpft. Je höher die Frequenz, desto schneller die Dämpfungswirkung. So können niederfrequente Strahlungen wie VLF, ULF usw. wesentlich tiefer in das Medium eindringen als hochfrequente. Der Nachteil ist jedoch, dass niederfrequente Strahlungen uns normalerweise Signale mit niedriger Auflösung liefern.