Ist die Lichtamplitude räumlich?

In Diagrammen sehe ich Lichtwellen oft als kleine Sinuswellen dargestellt, die durch den Raum reisen. Und oft wird der Erklärer bei der Beschreibung von Polarisatoren seine Hand abwinkeln, um den Polarisationswinkel anzuzeigen, und ihn in einer Sinuswellenbewegung auf und ab bewegen, wodurch anscheinend die Amplitude der Welle nachgeahmt wird.

Meine Frage ist, ist die Amplitude des Lichts wirklich so? Wo bewegt es sich im Raum auf und ab oder von einer Seite zur anderen? Oder ist die Sinuswellenbeziehung nur eine Analogie?

Die Licht-"Welle" ist tatsächlich nur eine gerade Linie, im Einklang mit dem Prinzip der kleinsten Wirkung. Alle "Gymnastiken" Ihrer Lehrer beziehen sich auf den elektromagnetischen Wellencharakter, der sich nicht in räumlichen Dimensionen darstellt.

Antworten (4)

Wenn die Person, die den Graphen zeichnet, sich die Mühe macht, die Achsen zu beschriften, werden Sie sehen, dass das, was "auf und ab geht", keine Verschiebung ist, wie es bei einer Welle an einer Schnur der Fall ist, sondern die elektrische Feldstärke .

Also, nein, nichts bewegt sich von der Strahllinie weg, aber da das elektrische Feld ein Vektor ist, ist der Schwingung eine Richtung zugeordnet (und daher ist die Polarisation sinnvoll).

Wenn eine Funkwelle nicht wackelt und eine gerade Linie ist (die Regionen verstärkt und geschwächt hat), warum hängen dann die Segmentgrößen von Antennen und Faraday-Käfigen von der Wellenlänge ab?
Die Antenne hat aus zwei Gründen gebissen: (A) Die Welle ist keine "Gerade", sie ist eine raumfüllende Schwingung des Feldes. und (B) weil die Reaktion des Feldes von der Bewegung der Elektronen in der Antenne abhängt, um die Zeitabhängigkeit der Welle effizient zu reproduzieren. Für den Faraday-Käfig liegt der Grund hauptsächlich im Huygens-Prinzip: Sie benötigen, dass die retardierten und nicht retardierten Wellenfronten, die in den Käfig eintreten, eine große Variation auf Skalen haben, die kleiner als die Wellenlänge sind.
Hmm, die Wellenlänge bedeutet den Abstand zwischen den Füßen eines Buckels. Die Höhe eines Buckels zeigt die Amplitude. Und der Buckel kann sogar für eine sehr kurze Wellenlänge sehr hoch sein. Ich verstehe also, dass das sinusartige Seil nur eine Metapher für eine Funkwelle ist, aber die Faraday-Käfig-Frage aus meinem vorherigen Kommentar steht immer noch.
"Die Welle ist keine "Gerade", sie ist eine raumfüllende Schwingung des Feldes" -- D'oh! Wackelt eine Welle also wie ein Seil oder nicht? Ist diese Animation eine echte Darstellung einer Welle oder ist sie nur ein Spannungs-Zeit-Diagramm? en.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetische_Strahlung#/media/…
Nein. Es gibt kein materielles Ding oder Material, das sich in einer reinen EM-Welle in irgendeine Richtung bewegt. Wellen sind Wanderstörungen. Was in einer Welle auf einem Teich gestört wird, ist die Position vieler Wassermoleküle. Was in einer EM-Welle gestört wird, ist der Wert der elektrischen und magnetischen Felder. Das ist es. Punkt.
Dann sind EM-Wellen nicht transversal? Sie sind nach Ihrer Aussage längslaufend. Ist das so?
Nein. Die Felder sind Vektoren. Sie haben eine Richtung. Quer zur Wellenausbreitungsrichtung nehmen sie wechselnde Werte an. Die Wellen sind also quer. Es ist einfach keine materielle Substanz im Spiel, es sind Felder, die wogen, keine Materie.
Ah, Danke! Das verstehe ich. Außerdem habe ich gerade festgestellt, dass Wasserwellen Transversalwellen auf einem 2D-Feld sind, aber wenn Sie sie von oben (aus einer dritten Dimension) betrachten, sieht die Wasseroberfläche aus wie eine Animation von 2D-Längswellen aus Wikipedia! Ich denke, diese Tatsache verdient es, durchdacht zu werden.
Wenn transversale 2D-Wasserwellen aus 3D in Längsrichtung aussehen, sehen dann transversale 3D-Radiowellen aus einer vierten Dimension in Längsrichtung aus? Verblüfft. Auch die Animationen des Huygens-Prinzips aus Wikipedia zeigen deutlich Longitudinalwellen.

Bei Wikipedia gibt es ein hübsches Bild

emwave

Elektromagnetische Wellen kann man sich als sich selbst ausbreitende transversal oszillierende Wellen elektrischer und magnetischer Felder vorstellen. Diese 3D-Animation zeigt eine linear polarisierte Welle, die sich von links nach rechts ausbreitet. Beachten Sie, dass die elektrischen und magnetischen Felder in einer solchen Welle in Phase sind und gemeinsam Minima und Maxima erreichen

Auf der Achse ist die Richtung der ebenen Welle. Was im Weltraum zu- und abnimmt, sind die elektrischen und magnetischen Felder. Da die Energie, die die Welle trägt, proportional zum Quadrat des durchschnittlichen elektrischen Felds ist, hängt das, was in dieser polarisierten Welle zunimmt und abnimmt, mit der Energie zusammen.

Bei nicht polarisiertem Licht haben die Strahlen zufällige Polarisationen, sodass die Welle nicht makroskopisch organisiert ist, aber viele Richtungen in der Ebene senkrecht zur Richtung sichtbar gemacht werden können. Die übertragene Energie ist immer noch proportional zum Quadrat des durchschnittlichen elektrischen Feldes, kann aber nicht in einem hübschen Diagramm gezeichnet werden.

Hier ist ein animiertes Flussdiagramm , ein Querschnitt des E-Feld-Musters, das von einem kurzen Dipol-Emitter ausgestrahlt wird, aus dem MIT-Physikkurs 8.02 .

Hier ist ein zeitlich eingefrorenes 3D-Flussmuster . (Auch viele weitere coole Sachen von MIT 8.02 )

Beachten Sie, keine Sinuswellen. Nur expandierende Blobs (sie wären in 3D ringförmig) mit der maximalen Wellenemission auf der Breitseite und einem Nullknoten auf der vertikalen Achse. In der Nähe der EM-Quelle sieht das Feldmuster wie expandierende Tori aus, bei denen das E-Feld poloidial umwickelt ist. Weiter weg von der Dipolquelle würden wir es eher als dünne, sich ausdehnende Kugelwellen mit Löchern an den Polen sehen, mit E-Feld- und B-Feld-Flusslinien, die „auf die Kugel gezogen“ und rechtwinklig zueinander sind. Die Feldlinien schließen sich immer wieder zu gequetschten, sich nach außen bewegenden Kreisen.

Ich vermute, dass diese handschwingenden Sinuswellen-Erklärungen (und sogar Lehrbuch-Erklärungen über „Transversalwellen“) viele Jahrzehnte zurückliegen, als alles Licht „Transversalwellen im Äther“ war. Licht ist keine Transversalwelle, nicht wie ein rüttelndes Seil oder Scherwellen-Schallwellen in Festkörpern. Aber es ist sehr schwer, die Autoren von Physiklehrbüchern dazu zu bringen, ihre Sprache zu ändern (suchen Sie nach SJ Gould und dem Klonproblem des Foxterriers). Strahlung ist "Transversalwelle".

Die Sinuswellen haben nichts mit Äther zu tun; Sie sind die korrekte Beschreibung ebener Wellen, die nützlich sind, weil (1) sie leicht als Lösungen der Maxwell-Gleichungen gezeigt werden können, (2) sie die Grenze Ihrer Dipolwellen bei großem Radius sind, wenn Sie nur einen kleinen Raumwinkel untersuchen, und (3) Der Vollständigkeit halber können sie als Grundlage für die Beschreibung aller Lösungen der Maxwell-Gleichungen verwendet werden.

Licht wird auch als elektromagnetische Strahlung bezeichnet. Elektrische und magnetische Felder sind Vektorgrößen. Beispielsweise bestimmt ein elektrisches Feld, in welche Richtung ein geladenes Teilchen beschleunigt wird. Licht/Photonen schwingen also nicht räumlich, aber ihr Elektro- und Magnetfeld ändert die Amplitude.

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