امواج الکترومغناطیس چگونه تولید میشود؟

قبلتر در مبحث موج های الکترومغناطیسی ذکر شد که امواج تخت در محیطی خلاء، با سرعت نور نشر می‌شوند. در ادامه در رابطه با طریقه تولید و انتشار این موج ها بحث خواهیم کرد. همینطور محاسبات مرتبط به اندازه و طریقه انرژی نشر شده به واسطه آن‌ها را شرح خواهیم داد.

این مبحث به این علت مطرح شد که در اغلب متون علمی در رابطه با طریقه انتشار موج های الکترومغناطیسی بحث شده؛ این در حالی است که کمتر به طریقه تولید این موج ها پرداخته شده است.

موج های الکترومغناطیسی، کاربرد زیادی در تکنولوژی دارند. در واقع می‌توان با بهره از آن‌‌ها اطلاعات را انتقال داد. یکی از آشناترین و راحت ترین ابزار ایجاد کننده موج الکترومغناطیسی آنتن می باشد. شکل زیر شماتیک آنتنی را نشان می‌دهد که با جا به جا کردن بار الکتریکی، موجی الکترومغناطیسی را ایجاد نموده است.

بیشتر بخوانید: مهندسی ژئوفیزیک

تولید امواج

چطور می‌توان یک خط میدان الکتریکی را مانند طناب جابجا نمود؟ همانطور که قبل تر هم بیان شد، برای ایحاد یک موج مکانیکی باید نقطه‌ای از طناب جا به جا شود؛ در رابطه با موج های الکترومغناطیسی نقطه های مذکور به شکل بارهایی الکتریکی هستند که خط های میدان الکتریکی به آن‌ها وصل شده است.

از این سو با جا به جا کردن این بار‌ها می‌توان میدان الکتریکی را نوسان داد و در نهایت آن موجی الکترومغناطیسی تولید خواهد شد. با مطلع شدن از این مسئله و همینطور فهمیدن اینکه موج های الکترومغناطیسی در خلا با سرعت نور نشر می‌شوند، می‌توان معادله های مربوط به حرکت نخستین، برای ایجاد موج الکترومغناطیسی را بدست آورد.

برای توصیف طریقه ایجاد تحریک نخستین میدان الکتریکی، فکر کنید که بر اساس شکل زیر بستری باردار، با چگالی σ در صفحه yz قرار گرفته شده است.

با بهره از قانون گاوس، می‌دانیم که میدان الکتریکی اطراف این صفحه مساوی با اندازه زیر است.

حال متصور شوید که در زمان t=0 صفحه را با سرعت ثابت $$\overrightarrow{v}=-\nu \hat{j}$$ به جهت پایین حرکت می‌دهیم. در این‌ حین هدف ما چک کردن موقعیت در زمان t=T است. برای چک کردن  تغییرات در مقدمه به شکل خط های میدان عرضه شده در تصویر های زیر توجه کنید. این تصویر ها مرتبط به خط های میدان الکتریکی در زمان t=T و t=0 هستند.

بیشتر بخوانید: بررسی الکترومغناطیس

همانگونه که در شکل بالا هم نمایش داده شده، در شرایط سکون (t<0)، پایه‌ی بردار میدان الکتریکی روی صفحه قرار دارد. با حرکت دادن صفحه به جهت پایین، این پایه هم به همراه آن محکر میشود. پس در حین t=T، این پایه در مختصات y=-vT قرار دارد. تصور شده که اطلاعات با سرعت نور در امتداد محور x نشر می‌شوند.

از این سو قسمتی از میدان الکتریکی که در x>cT قرار گرفته، از حرکات بار‌ها در x=0 اطلاعاتی نخواهد داشت؛ یا به اصلاحی دیگر در حین t=T در x|>CT| اتفاقی بروز نداده است.

همانطور که در شکل بالا هم پیدا شده، پایه میدان الکتریکی به شکل خطی، در امتداد محور x افت می‌یابد. این پدیده درست شبیه با ایجاد موج مکانیکی در یک طناب است. در این مسئله هم با جا به جا کردن صفحه باردار به سوی پایین،‌ میدان الکتریکی $${\overrightarrow{E}}_0$$ به مقدار $${\overrightarrow{E}}_1$$ تغییر خواهد نمود.

در نهایت میدان تازه تولید شده در فاصله $$0<|x|<cT$$ مساوی است با:

در ارتباط بالا $$E_0=|{\overrightarrow{E}}_0|$$ و $$E_1=|{\overrightarrow{E}}_1|$$ به نوبت اندازه میدان الکتریکی پیشین و بعد از اعمال حرکت است. از جهتی θ، زوایای میان $${\overrightarrow{E}}_1$$ با محور x را نمایش می‌دهد. با بهره از ارتباط بالا، میدان $${\overrightarrow{E}}_1$$ را می‌توان بر اساس با ارتباط زیر بدست آورد.

از موضوع میدان الکتریکی هم می‌دانیم که میدان الکتریکی مساوی با $$E_0=\sigma /2{ϵ}_0$$ است. رابطه یک ذکر کننده وابستگی میدان الکتریکی تولید شده حاصل از سرعت v است. جهت بردار $${\overrightarrow{E}}_1$$ مساوی با نیرویی است که به بار‌های قرار گرفته روی سطح وارد می‌شود و در برابر حرکت صفحه مقاومت مینماید.

لذا اگر بخواهیم سعی کنیم که صفحه را به‌ سوی پایین حرکت دهیم، نیرویی در عکس سمت حرکت آن وجود دارد که در برابر حرکت صفحه مقاومت می‌کند. به دیفرانسیل dA که باری به مقدار $$dq=\sigma dA$$ را در خود دارد، نیرویی به سوی بالا و مساوی با مقدار ذیل وارد می‌شود.

از این سو جهت غلبه به نیروی کشش، نیرویی به همان مقدار و در عکس جهت نیروی بالا باید به دیفرانسیل ذکر شده وارد شود. در نهایت نیروی خارجی وارد به این دیفرانسیل، راستای غلبه بر نیروی حاصل از میدان $${\overrightarrow{E}}_1$$ مساوی است با:

دیفرانسیل کار اجرا شده خارجی مساوی با $$d{W}_{ext}={\overrightarrow{F}}_{ext}.d\overrightarrow{s}$$ است. از این سو فعالیت انجام شده در واحد سطح، در واحد زمان هم به شکل ذیل بدست می‌آید.

بیشتر بخوانید: مطالعات GPR | رادار نفوذی زمین

حالا از نظر شما در مرحله بعد چه اتفاقی بروز خواهد داد؟ وقتی که صفحه‌ای باردار در حال حرکت باشد، در واقع با صفحه‌ای از جریان الکتریکی با چگالی $$\overrightarrow{K}=-\sigma \nu \hat{j}$$ روبرو هستیم. با وجود جریان الکتریکی بهتر است که بر پایه قانون آمپر، میدان مغناطیسی تولید شده مساوی است با:

بر اساس شکل ذیل در سمت چپ صفحه، میدان تولید شده درون‌ سو و میدان جهت راست صفحه، برون سو است.

توجه کنید که میدان نمایش داده شده در شکل فوق مرتبط به فاصله $$|x|>cT$$ است. لذا در فاصله x| > cT| مقدار میدان $$\overrightarrow{B}$$ مساوی با صفر میباشد. همینطور در مسئله موج های الکترومغناطیسی ذکر شد که ارتباط زیر میان دامنه‌ میدان‌های مغناطیسی و الکتریکی برقرار میباشد.

میدان $${\overrightarrow{B}}_1$$ که در نهایت حرکت بار‌های الکتریکی تولید می‌شود، عمود بر $${\overrightarrow{E}}_1$$ است. همینطور مقدار میدان مغناطیسی تولید شده مساوی میباشد با:

انرژی انتقال داده شده به واسطه موج

شار انرژی انتقال داده شده به واسطه یک موج الکترومغناطیسی با بهره از بردار پوئینتینگِ‌ $$\overrightarrow{S}$$ قابل تشریح شده است. در واقع انرژی نشر شده به سوی راست مساوی است با:

اگر توجه کنید، ارتباط بالا نصف میزان کار اجرا شده راستای به حرکت در آوردن صفحه به سمت پایین است. علت این کار این است که سمت میدان مغناطیسی در دو جهت صفحه برخلاف هم هستند، اما میدان الکتریکی در دو سمت هم راستا است.

بیشتر بخوانید: مطالعات لرزه نگاری دانهول

خدمات شرکت ژئوفیزیک مانند: مطالعات ژئوفیزیک، اکتشاف آب، مطالعات GPR، مطالعات لرزه نگاری، آزمایش دانهول، مطالعات ژئوالکتریک، سونداژ، مطالعات الکترومغناطیس، مطالعات ژئوتکنيک، آزمایشات درون چاهی، مطالعات الکترومغناطیس – آزمایش مگنتومتری

جهت کسب اطلاعات بیشتر درباره انواع خدمات مانند: مطالعات ژئوفیزیک ، اکتشاف آب ، مطالعات GPR ، مطالعات لرزه نگاری ، آزمایش دانهول ،مطالعات ژئوالکتریک ، سونداژ ، مطالعات الکترومغناطیس، آزمایش مگنتومتری با شرکت آسیا ژئوفیزیک و ژئوتکنیکی تماس بگیرید.

اینستاگرام آسیا ژئوفیزیک

مطالعات الکترومغناطیس – مطالعات ژئوالکتریک – مطالعات لرزه نگاری – مطالعات GPR ، سونداژ – مطالعات ژئوتکنيک – آزمایشات درون چاهی – مطالعات ژئوالکتریک – مطالعات GPR – اکتشاف آب – مطالعات ژئوتکنيک – مطالعات ژئوالکتریک – مطالعات GPR – مطالعات الکترومغناطیس – مطالعات ژئوفیزیک – مطالعات GPR – مطالعات ژئوالکتریک – مطالعات الکترومغناطیس -مطالعات ژئوتکنيک – مطالعات ژئوتکنيک- مطالعات ژئوتکنيک – مطالعات ژئوفیزیک – اکتشاف آب آزمایش مگنتومتری – آزمایش دانهول – آزمایشات درون چاهی – آزمایش دانهول – مطالعات لرزه نگاری

شماره تماس: 09123533974