Nachdem ich etwas über die Erzeugung und Ausbreitung elektromagnetischer Wellen gelernt habe, bin ich ein wenig in meinem Verständnis steckengeblieben, wie man sich die elektrischen und magnetischen Felder vorstellt, aus denen eine elektromagnetische Welle besteht.
Ich dachte, was wäre, wenn jemand eine EM-Welle in den Weltraum senden würde, ein perfektes Vakuum, wo nichts anderes in der Nähe ist. Wie existieren die elektrischen und magnetischen Felder der EM-Welle noch, wenn dort nichts ist?
Ich bin mir nicht sicher, ob ich recht habe, wenn ich sage, dass sich Licht in Fotos fortbewegt. Gibt es also ein Äquivalent zu dem Photon, in dem sich alle Em-Wellen fortbewegen?
Ich verstehe, dass EM-Wellen aufgrund der Wechselwirkungen zwischen sich ändernden elektrischen und magnetischen Feldern, wie in Maxwells dritter und vierter Gleichung beschrieben, sich selbst aufrechterhalten, aber ich stecke konzeptionell fest, was sie sind, wenn keine Elektronen oder Leiter in der Nähe sind.
Ich hoffe, ich habe mich gut genug erklärt und würde mich über eine neue Perspektive sehr freuen.
Sie sind auf eine lange philosophische Frage gestoßen: „Existiert“ ein Feld eigentlich? Felder können wir nicht messen.
Es gibt kein Instrument, das ein "Feld" messen kann. Das Instrument, mit dem Sie das elektrische Feld messen, basiert tatsächlich auf Kräften. Das Instrument erkennt eine elektrische Kraft und leitet daraus den Wert ab Feld.
Und es gibt überall Tonnen von Gebühren. Das Messgerät selbst besteht aus Ladungen. Was das Instrument misst, sind Kräfte zwischen Ladungen. Dann .
Was ich meine ist, dass wir Felder nicht beobachten können, wir können nur ihre Wirkung auf Materie erkennen.
Unabhängig davon, ob sie tatsächlich existieren oder nicht ... die Realität funktioniert so, als ob sie real wären.
Und ein Feld ist nichts anderes als eine mathematische Idee. Es ist eine Funktion des Raums,
Für jeden Punkt im Raum gibt es einen Vektor in diesem Punkt (es sei denn, es gibt eine Gebühr in diesem Punkt).
Felder sind also nur Vektoren im Raum, genauso wie Sie Geometrie in Mathematik studieren: Es gibt ideale Objekte (Punkte, Linien, Ebenen ...). Ebenso gibt es elektrische Kraftvektoren, die irgendwo im Raum definiert sind.
Und wir können diese Vektoren nicht beobachten, sie sind mathematische Konstrukte. Wir können ihre Auswirkungen auf die Materie beobachten. Kommen diese Effekte von diesem Vektor? Wir wissen es nicht, aber es ist, als ob sie es getan hätten.
Ich verstehe, dass EM-Wellen aufgrund der Wechselwirkungen zwischen sich ändernden elektrischen und magnetischen Feldern, wie in Maxwells dritter und vierter Gleichung beschrieben, sich selbst aufrechterhalten, aber ich stecke konzeptionell fest, was sie sind, wenn keine Elektronen oder Leiter in der Nähe sind.
Menschen steckten wie Sie Anfang des 20. Jahrhunderts fest und dachten, die EM-Wellen erforderten ein Medium . Aber das Medium konnte nicht nachgewiesen werden, also sagte Einstein, es gäbe keins, und sagte dann, es sei Raumzeit.
Die magnetische Kraft ist ein relativistischer Effekt der elektrischen Kraft, also bleibt uns die elektrische Kraft.
aber ich stecke konzeptionell fest, was sie sind, wenn keine Elektronen oder Leiter in der Nähe sind.
Die elektrische Kraft ist ein Konzept wie alles in der Physik (was potentielle Energie ist, könnte man ähnlich fragen), und das Konzept wird durch seine Wirkung definiert (die elektrische Kraft beschleunigt geladene Teilchen). Es würde mich mehr interessieren, warum es an Elektronen haftet, als was es ohne es ist. Schließlich bezweifle ich, dass Sie die aussagekräftige Antwort erhalten, nach der Sie suchen, einfach weil ich glaube, dass wir noch nicht verstehen, was unter Elektromagnetismus steckt, im Moment ist es nur ein primitiver, unzerbrechlicher Legostein der Physik
Elektromagnetische Strahlung ist die Emission von Photonen von angeregten subatomaren Teilchen. Das Licht eines erhitzten Drahtes ist ein Beispiel für die stochastische Emission von Photonen von den angeregten Elektronen im Draht.
Das Konzept der EM-Strahlung als Quantenstrom war ein Nebenprodukt der Planckschen Gleichung für Schwarzkörperstrahlung. Er glaubte zunächst nicht, dass es sich bei den eingebrachten Energiepaketen um echte Teilchen handelte. Später interpretierte Einstein den photoelektrischen Effekt mit der Existenz solcher Quanten, später Photonen genannt.
Bewegt man sich weit genug von einer solchen Wärmequelle weg oder dämpft die Strahlung mit Filtern, misst man am Ende einzelne einfallende Photonen. Sie könnten durch Fotoemulsionsplatten oder elektronische Geräte (CCD-Chip) sichtbar gemacht werden.
Dass Licht kein Medium braucht, ist schon lange bekannt. Sonst würde uns das Licht der Himmelskörper nicht erreichen. Licht wandert durch das Vakuum , jedes einzelne Photon tut es.
Kurz gesagt, Photonen sind von der Emission bis zur Absorption unteilbare Teilchen und breiten sich zwischen Emission und Absorption im leeren Raum aus.
Dass Photonen aus einer elektrischen und einer magnetischen Feldkomponente bestehen , lässt sich bei Radiowellen beobachten. Synchron beschleunigte Elektronen in der Antenne emittieren Photonen mit einer elektrischen Feldkomponente, die alle parallel zur Antenne ausgerichtet sind, und mit einer magnetischen Feldkomponente, die senkrecht zur Antenne ausgerichtet ist. Hertz war der erste, der diese Komponenten gemessen hat.
Wie definiert man die elektrischen und magnetischen Felder einer EM-Welle im Vakuum?
In einem Vakuum sind die elektrischen und magnetischen Feldkomponenten jedes Photons in der EM-Strahlung senkrecht zur Bewegungsrichtung und senkrecht zueinander. Zur Veranschaulichung dient das kartesische Koordinatensystem. Wenn X die Ausbreitungsrichtung des Photons ist, dann sind Y und Z die Richtungen der Feldkomponenten.
Bei Photonen aus thermischen Quellen ist die Richtung des YZ-Paares bezüglich X zufällig. Bei Radiowellen, Freie-Elektronen-Lasern oder Zyklotronstrahlung beispielsweise ist die elektrische Feldkomponente parallel zur Beschleunigungsrichtung der beteiligten Elektronen.
anna v