Was ist die Ursache der Wellenimpedanz?

Der „Gegensatz“ zur Welle oder Wellenimpedanz oder Impedanz eines Mediums zu einer Welle wird durch Eigenschaften des Mediums analog zu Widerstand, Kapazität und Induktivität verursacht. Während Widerstand ein ziemlich allgemeiner Begriff ist, der auf verschiedene Arten von Wellen anwendbar ist, könnten die Energiespeichereigenschaften, Kapazität und Induktivität, als Nachgiebigkeit oder Spannung und Trägheit oder Bewegung verallgemeinert werden.

Wenn sich eine Welle ausbreitet, erregt sie das Medium und die Ausbreitungsgeschwindigkeit wird durch den Widerstand des Mediums und seine Fähigkeit, Energie zu speichern, verringert oder entgegengewirkt. Sowohl eine hohe Kapazität oder Nachgiebigkeit als auch eine hohe Induktivität oder Trägheit des Mediums verlangsamen also die Welle, oder wir können sagen, es braucht mehr Zeit und Energie, um ein Medium mit hoher Kapazität und Induktivität zu erregen. Dies spiegelt sich beispielsweise in einer Formel für die Wellenausbreitungsgeschwindigkeit in einer idealen Übertragungsleitung wider,$V_p=\frac 1 {\sqrt {LC}}$, wo sowohl Kapazität als auch Induktivität symmetrisch dazu beitragen, der Welle entgegenzuwirken oder sie zu verlangsamen.

Die Impedanz hingegen charakterisiert die Tendenz eines Mediums, der Bewegungskomponente der Welle bei einem bestimmten Spannungsniveau oder im elektrischen Bereich die Tendenz, sich dem Strom oder dem Magnetfeld bei einem bestimmten Spannungsniveau entgegenzusetzen, oder elektrisches Feld. Dies spiegelt sich in einer Formel für den Wellenwiderstand einer idealen Übertragungsleitung wider,$Z_0=\sqrt \frac L C$. Kapazität und Induktivität tragen hier nicht symmetrisch bei: Hohe Kapazität fördert den Stromfluss, hohe Induktivität behindert ihn.

Für EM-Wellen im Weltraum die Formeln für die Ausbreitungsgeschwindigkeit und Impedanz,$V=\frac 1 {\sqrt {\mu \epsilon}}$Und$Z=\sqrt \frac {\mu} {\epsilon}$, haben ähnliche Bedeutung und zugrunde liegende Mechanismen. Sowohl eine größere magnetische Permeabilität (Induktivität) als auch eine elektrische Dielektrizitätskonstante (Kapazität) des Mediums wirken der Ausbreitung entgegen oder verlangsamen sie. Andererseits wird die Impedanz (gegenüber der Bewegungskomponente der Welle) mit der magnetischen Permeabilität erhöht und mit ihrer elektrischen Permittivität verringert.

Angenommen, wir diskutieren Longitudinalwellen (im Gegensatz zu Schwerkraft- oder Kapillarwellen), sind die beiden Faktoren, die die Bewegung von Wellen durch ein Medium beeinflussen, seine Dichte und seine Nachgiebigkeit.

Wenn Sie andererseits von elektromagnetischen Wellen sprechen, sind die Determinanten ihrer Geschwindigkeit (c) im Vakuum die elektrische Konstante und die magnetische Permeabilität des freien Raums.