전파가 어떻게 생겼는지 아십니까?

미적분 수업에서 우리는 sin / cos / tan / cot / sec / csc와 그들의 진폭,주기 및 위상 변화에 대해 배우고 있습니다. 나는 약 1 년 동안 전자 장치를 켜고 끌었습니다. 실제로 어떤 파도가 보이는지 알고 싶습니다. 실제로 수학 교과서 에서처럼 사인과 코사인처럼 보입니다. 또는 우리가 볼 수없는 무언가의 파동 함수는 그 효과를 분석 할 수만 있습니다. 따라서 우리는 그들이 어떻게 생겼는지 알 수 없습니다.

설명 해주십시오

감사합니다

양자를 잠시 잊어 버리세요. 양자 전기 역학에 대해 배우려면 Richard Feynman의 QED를 읽으십시오. (어쨌든 읽어야합니다. 정말 좋은 물리학 책일 수도 있습니다.)

일반적으로 전자기장은 전하에 작용하는 힘장입니다. 기계적인 밀기 나 당기기보다 더 이상 "보이는 것"이 ​​아닙니다. EM 힘이 작용할 수있는 것 중 하나는 분자입니다. 분자의 모양을 바꾸거나 (고주파에서) 화학 결합을 끊을 수도 있습니다. 빛이 망막 세포의 화학 반응을 자극하여 뇌 활동에 영향을 미치는 일련의 화학 반응을 시작합니다.

전파가 사인파라고 설명 할 때, 우리는 파동의 진폭 (즉, 힘의 세기)이 공간과 시간에 따라 어떻게 변하는 지에 대해 이야기하고 있습니다. 사인파는 Dave가 언급 한 이유로 크게 나타나는 경향이 있습니다. 2 차 미분 방정식에 대한 간단한 솔루션이므로 푸리에 분석을 사용하여 사인파로 다른 신호를 설명 할 수 있습니다. 사인파도 같은 이유로 소리에 대해 이야기하는 데 사용됩니다.

대부분의 전파는 순수한 정현파가 아니지만 많은 정현파를 기반으로합니다. 예를 들어, AM 전파의 진폭은 진폭이 천천히 변하는 정현파입니다. FM 전파의 진폭은 주파수가 천천히 변하는 정현파입니다. 다음 은 Wikimedia Commons에 대한 Berserkerus의 예입니다 .

이 이미지의 예제 신호도 사인파입니다. 그건 우연이 아냐 사인파는 간단한 테스트 신호로 잘 작동합니다. 전력선으로부터의 복사는 또한 순수한 사인파에 매우 가깝습니다.

전파를 시각화하려면 해변 근처에서 수중에 있다고 상상해보십시오. 해류는 보이지 않지만 계속해서 앞뒤로 움직일 때 움직이는 물결을 느낄 수 있습니다. 이것이 안테나에서 전자파가 전자에 미치는 영향입니다.

전파는 빛의 속도로 움직이는 정현파 형태의 보이지 않는 끈과는 다릅니다.

전파는 전기장과 자기장으로 구성됩니다. 그것을 공간의 속성으로 생각하십시오. 예를 들어, 바나나의 "색상"속성은 "노란색"입니다. 여기서 무한 공간의 특성 "전기장"은 10 V / m입니다. 그러나 저기 20 v / m입니다.

순수한 고정 주파수 전파는 파를 따라 공간의 "전기장"및 "자기장"특성의 사인 파형 변형이다. 시간과 공간에서.

예를 들어 시간 t = 1 초에서 상황의 스냅 샷을 찍고 송신기와의 거리를 기준으로 해당 "속성"을 측정 할 수있는 마법의 도구가 있다고 상상해보십시오.

이제 xy 플롯에서 전기장의 측정 값을 플로팅하면 x는 트랜스미터까지의 거리이고 y는 계측기에서 읽은 값과 같은 사인을 볼 수 있습니다. 그것은 단지 E = 0이지만 10m / 10m, 20m에서 다시 0이고 30m에서 -10 V / m입니다.

이것은 의도적으로 단순화 된 것이지만 여기서 목표는 주제에 대한 직관을 구축 할 수있는 힌트를 제공하는 것이라고 생각했습니다.

주어진 시간에 주변의 전기장과 자기장을 어떻게 든 시각화 할 수 있다면, 바다 표면과 같이 매우 임의적 일 것입니다.

우리는 정현파를 사용하여 파동을 분석하는 경향이 있습니다. 파동에는 중요한 수학적 특성이 있기 때문입니다. 우선 푸리에는 모든 함수 (특히 주기적 함수)를 사인파의 합으로 표현할 수 있음을 보여주었습니다. 둘째, 우리는 미분 방정식 (미적분)을 사용하여 필드의 기본 특성을 설명하며 정현파의 적분 또는 미분은 또 다른 정현파이며 매우 편리합니다.

포인트 소스에서 전파되는 전파의 합리적인 시각화는 다음과 같습니다.

( 소스 )

단순화되었음을 명심하십시오.

실제 거리는 일정 거리를가더라도 사라지지 않지만 거리에 따라 진폭이 감소합니다.

또한이 시각화는 각 파가 얇은 껍질처럼 보이도록하지만 그 표면이 피크를 나타내고 두 "쉘"사이의 중간 지점이 계곡이라고 상상해야합니다.

나는 Feynman (Lectures in Physics, vol 2)에서 항상이 인용문을 정말 좋아했습니다.이 인용문은 EM의 파도가 얼마나 이상하고 신비로운지를 나타냅니다.

그러나 최대 출생은 EM 필드에 대해 할 말이 또 다른 한가지가 않습니다 귀하의 질문에 대답을, 나는 생각한다 :

이것은 p에서 온 것입니다. 이 멋진 책에서 156 장. https://ia600409.us.archive.org/4/items/einsteinstheoryo00born/einsteinstheoryo00born.pdf )

그리고 바로 다음 페이지에서, Born은 쌍극자에서 발생하는 EM 파를 그립니다.

여기에는 매우 기술적이지 않고 물리적으로 정확한 대답은 아니지만 아마도 그 문제에 깊이 익숙하지 않은 사람이 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수있는 답변이 있습니다 (일명 : 5 인 것처럼 설명하십시오).

WIFI가 집 전체에 어떻게 퍼지는 지에 대한이 재미있는 그림을 얼마 전에 보았습니다.

GIF로도 제공되지만 어떻게 든 여기에 삽입 할 수는 없습니다 .Wi-Fi는 방 전체에 퍼집니다.

Wi-Fi는 작은 전파 (전자파)입니다. Soundwaves와 마찬가지로,이 파도는 상하로 움직이는 파도처럼 상상해서는 안되지만 오히려 매우 조밀 한 공기 패치와 매우 얇은 공기와 같이 파도보다 임펄스 파도와 비슷합니다. 물론 방사선 / 전자파의 경우 밀도가 높은 공기는 아니지만 전자기장은 "밀도"또는 "덜 밀도"입니다.

따라서 부비동 함수는 매체의 밀도를 나타냅니다. 그리고 그 매체는 음파의 경우, 전자파의 경우 전자기장입니다. 이 마지막 진술은 100 % 물리적으로 정확하지 않을 수 있습니다.

그래서 하루가 끝나면 부비동 기능은 필드가 얼마나 강한 지 또는 오히려 어떤 전하가 있는지를 나타냅니다. 방의 한 지점을 측정하면 시간이 지남에 따라 요금이 표시됩니다. 양전하를 표시하고 음전하를 위해 선을 다시 그립니다.

따라서 귀하의 질문에 대답하십시오 : sin / cos 기능 등은 한 관점에서 이러한 전파를 분석합니다 (예 : 방의 한 지점, 우리는 y 축에 전하와 x 축에 시간을 플로팅합니다). 그러나 방이 3 차원이고 실제 파가 "조밀 한"영역과 덜 조밀 한 영역으로 더 잘 묘사되기 때문에 방을 통과하는 부비동 파가있는 것과는 다릅니다.

파도가 지나가는 공간은 2 차원 표면이 아니기 때문에 바다처럼 파도를 만들 수 있지만 3 차원입니다. 따라서 해수면 대신에 리듬 방식으로 한 지점에서 발생하는 여러 폭발과 비슷합니다. 이 답변 의 애니메이션에서와 같이 그들은 구와 같은 공간을 통과하며 그 구 내부에는 같은 속도로 확장되는 다른 구가 있습니다.

애니메이션을 연 다음이 방의 한 지점에 커서를 놓습니다. 커서가있는 지점에서 색상의 변화를 설명하는 가장 좋은 방법은 무엇입니까? 죄의 기능입니까?

희망이 도움이됩니다!

예, 우리는 그들이 어떻게 생겼는지 압니다. 그들은 보이지 않습니다.

전파는 E 및 B 필드에서 자체 전파 장애입니다. 우리는 E와 B 필드를 볼 수 없기 때문에 전파는 보이지 않습니다.

"라디오"라는 용어를 약간 구부리려면 가시광 선의 파장이므로 약 1 옥타브 (약 350 ~ 700nm)의 좁은 파장이 사람의 눈에 보일 수 있습니다. 빛과 전파는 파장을 제외하고는 동일합니다. 일반적으로 "무선파"라는 용어는 가시광 선보다 훨씬 긴 파장을 나타냅니다.

당신이 E와 B 필드의 교란의 "모양"이 무엇인지 묻는다면, 정답은 정현파입니다. 교과서 그림에서 볼 때 멋진 사인 라인이 위아래로 움직이는 것은 아닙니다. 그러나 E 및 B 필드의 크기는 거리와 시간에 따라 사인 형태를 따릅니다.

전파에 대한 우리의 이해가 매우 진보되어 있지만 전파는 보이지 않으며, 신비로 여기지 않아야합니다. 에너지 레벨에 따라 광자는 눈으로 감지 될 수 있지만, 우리가 그것을 볼 수 있다고 말하는 것과는 다릅니다. 광자는 시각 정보를 우리의 눈으로 전달하는 입자입니다. 물체를 보려면 많은 수의 광자가 물체에서 관찰자의 눈으로 이동하여 망막에 초점을 맞춰야합니다. 그 정의에 따르면, 눈은 눈을 감지하더라도 광자도 보이지 않습니다. 내가하지 않으면 누군가가 그것을 가져올 것이라는 것을 알고 있기 때문에 나는 광자에 대해서만 언급합니다.

RF 파를 시각화하는 방법, 흡수 또는 반사 방법 및 서로 간섭하는 방법 등 다양한 방법이 있습니다. 이것들은 그것들을 이해하는 데 크게 도움이 될 수 있지만 파도 자체가 보이지 않는다는 사실을 바꾸지는 않습니다.

당신은 여기 양자 역학의 영역으로 들어가고 있습니다 ...

파도 란? 입자 란? 차이점은 무엇입니까? 그들은 같은가요?

조금만 단순화하고 전자 제품의 맥락에 놓으려면 전선의 AC 전압을 생각하는 것이 가장 좋습니다.

와이어는 원자로 만들어집니다. 원자에는 전자가 있습니다. 전자는 전압에 의해 움직여 전류를 형성합니다.

전압이 양수이면 한 방향으로 이동하고 음수이면 다른 방향으로 이동합니다. "파"는 전자의 움직임입니다. 더 단순화하기 위해 전자가 하나만 있다고 상상해보십시오. 정현파 AC 전압을 입력하면 단일 전자가 정현파 패턴으로 앞뒤로 움직입니다. 따라서이 경우 "파동"은 전자의 위치가 시간에 대해 매핑됩니다.

우리가 전파에 올 때 우리는 완전히 다른 볼 게임을 가지고 있습니다. 우리는 양자 역학, 분야 등에 훨씬 더 많은 관심을 가지고 있습니다.

간단히 말해서, 당신은 파도를 "볼"수 없습니다. 파도는 원한다면 에너지 서명입니다. 예를 들어 빛을 비추십시오. 파도입니까, 아니면 입자입니까? 글쎄, 그것은 둘 다로 생각할 수 있습니다. 광자로서 눈의 망막과 상호 작용하여 사물을 볼 수있는 물리적 인 물체입니다. 파동으로 구부리고 심지어 두 개의 다른 파동으로 분할 하고 다시 결합 할 수도 있습니다 ( 더블 슬릿 실험 참조 ).

입자의 관점에서, 주파수는 입자가 얼마나 빨리 진동하는 것으로 생각 될 수 있습니다.

보아야 할 또 다른 좋은 것은 소리입니다. 그것은 파도이지만 다른 종류입니다. AC 전기와 유사-공기 원자가 여기 (스피커)로 앞뒤로 이동하면서 마이크를 통해 "볼 수 있습니다". 그리고 그것은 모두 서로 다른 조합의 사인파로 구성되어 있음을 알 수 있습니다.

질문에 답하려면 Steven Hawking :)에게 물어 본 다음 물리 포럼으로 가십시오.

여기에 좋은 답변이 많이 있으며 몇 가지 의견이 더 있습니다.

전파는 공간과 시간의 각 지점에서 전기장과 자기장을 설명하는 Maxwell의 방정식으로 제어됩니다. 전파 스펙트럼은 가시 광선이나 적외선과 달리 감각과 겹치지 않으므로 전파를 볼 수 없으며 어떤 종류의 측정으로 만 관찰 할 수 있습니다. (가시광에도 불구하고, 우리는 파도를 직접 관찰하지 않고, '센서'에 미치는 영향에 의해)

전기장과 자기장은 공간의 각 지점에서 시변 벡터로,이를 볼 수 있어도 복잡한 짐승이 될 수 있습니다. 안테나, 필드 프로브 등을 사용하여 필드의 측면을 측정 할 수 있습니다.

$\sin$$\cos$$\sin$$\cos$

배우고있는 sin / cos 등의 기능은 2 차원입니다. 전파는 3 차원이므로 사인파는 많은 실제 현실을 전달하지 않습니다. 수학은 3 차원 파동을 설명 할 수 있지만 현재 수학 지식보다 훨씬 진보 된 벡터 미적분학 (맥스웰 방정식)이 필요합니다.

당신은 인간의 감각에 보이지 않는 것에 대해 "같은 것"이라는 문구를 계속 사용합니다.

질문 : 이 파도를 당신에게 보여주기 위해 얼마나 많은 계측기를 사용할 수 있습니까?

그들의 본질은 실제로 전기장과 자기장의 여기 영역과 원거리 영역, 자유 공간에서의 여기 영역입니다.

• 그들은 실제로 횡파입니다 (즉, 두 필드 모두 전파 방향을 수직으로 가리킴).
• 그들은 실제로 전기 및 자기 구성 요소가 위상이 서로 수직입니다.
• 그것들은 효과적으로 평면파이며, 이는 과 같은 일반적인 선형 표현을 의미합니다$E(x,t) = \sin(kx - \omega t)$$E(\vec{x},t) = \sin (\vec{k}\cdot\vec{x} - \omega t)$

사진은 현실을 대표하지만 도구 없이는 보이지 않습니다.

최고의 답변을위한 Olli 인사. 물론 우리가 직접 볼 수는 없지만 우주에서 전파되는 전기장 (또는 자기장) 장해의 모양이 무엇인지 또는 "무선파가 어떻게 보이는지"또는 상상하는 것이 가능합니다. 그러나 그들에 대한 약간의 지식과 풍부한 상상력이 필요합니다.

양자를 잊고 광자를 잊어 버리십시오. 이것은 대부분 지각 적으로 "상상할 수있는"물리 수준이 아닙니다. 광자에 대해 언급 한 위의 모든 사람들은 당신이 질문을 이해하지 못하거나 답을 알지 못하고 사람들의 오늘날 범위를 벗어난 무언가의 경계를 건너는 것을 피합니다. 이것은 원자의 정확한 모양에 대해 이야기 할 때와 같습니다. 단일 원자의 모양은 무엇입니까? 그리고 단일 양성자의 모양은 무엇입니까? 사람들은 그것이 무엇인지 전혀 모르고 학교 그림처럼 작은 둥근 공이 아닐 가능성이 큽니다. 원자의 정확한 모양을 모른다면 양자 물리학이 다루는 기본 전자기파와 기본 입자, 즉 광자 사이의 상관 관계를 이해할 수 없을 것입니다.

따라서 고전 물리학과 전자기 방사선이라는 현상에 대한 이해를 고수합시다. 이것은 "허용 가능"하고, 우리의 규모 (일반적인 전파의 길이는 1cm 이상)에서 발생하며 수십 년 동안 정확하게 측정 할 수 있습니다.

그러나 놀랍게도 전자기파를 상상하려면 먼저 '암호화'하고 음파 전파를 상상하는 것이 좋습니다. 이해하기가 훨씬 쉽습니다. 단일 음파 (단일 펄스)를 자연 (일반) 공기 환경의 중앙에 '일반'공기가있는 압축 공기가 둥근 구형의 기포로 상상해보십시오. 구형 기포 내에 배열 된 압축 공기의 단지 하나의 "층". 이 레이어는 급격하게 시작되지 않으며 급격하게 끝나지 않습니다. 기압 값 사이의 전환은 완만합니다 (파동처럼). 이 층의 두께는 약 34cm (1kHz 파동)이지만 말했듯이 주변을 매끄럽게 마주보고 (내부에서) 매끄럽게 끝냅니다. 지름은 1 미터라고합시다. 그리고 이제이 거품은 모든 방향으로 공간에서 확장되고 있습니다. 그것' 점점 커지고 있지만 층 두께는 변하지 않습니다-끊임없이 34cm입니다. 지름이 모든 방향으로 커지고 있습니다. 그것의 진폭 (공기압 차이)은 점차 약해지고 결국 멈추고 사라집니다. 그러나 이것은 단 하나의 '레이어', 음파의 단일 펄스였습니다. 이제 같은 거품이 자라고 상상하지만 그 후에 (이것에서 정확히 34cm 더 깊음) 다른 모양으로 나타나고 구형으로 자란 다음 다른 모양으로 이어집니다. 모든 방향에서 공간을 통한 직렬 기압 방해.

이제 전파로 내려 갑시다. 그들의 모양과 전파는 실제로 같은 성질을 가지고 있습니다. 그것들은 소스로부터 공간으로 차례로 퍼지는 구형 버블 (곡선 층)입니다. 음파와의 가장 중요한 차이점은 전파가 실제로 무엇인지 (어떤 현상이 수행되는지)에 있습니다. 우리가 말했듯이 음파는 직렬 공기 압력 증가를 전달합니다. 그들의 진폭은 최고점과 최저점의 기압 값의 차이입니다. 그게 다야. 전자파는 전기장 단위로 전달됩니다. 그것의 하나의 "층"(또는 펄스)은 확대 된 전계 강도를 갖는다. 이 펄스 사이에서 전기장 값은 0과 같습니다. 공간을 가로 질러 이동하는 동안 전기장은 최대 값과 0 사이에서 교대로 나타납니다. 최대-제로-최대-제로-최대-제로-등.

또한, 전기장은 벡터량이라는 것을 추가 할 가치가 있습니다. 방향이 있음을 의미합니다. 이 경우 전기장의 방향은 항상 전파의 진행 방향 (여행 방향)에 수직입니다. 전기장의 구형 버블로서 단일 펄스의 전파를 상상하면이 필드의 작용은 실제로 버블의 표면을 따라 향하게됩니다. 다시 말해서, 전기장의 선은 기포의 곡면에 평행하고 반경에 수직으로 구부러져있다. 수평으로 이동하는 가상의 단일 전파 만 고려해 봅시다. 이제 전계 방향이 수직이라고 가정 할 수 있습니다. 이제는 전기장 방향이 펄스 사이에서 번갈아 나타납니다. 우리의 수평 파-첫 번째 기간의 필드는 수직으로 올라가고 다음 단계에서는 필드가 내려갑니다. 따라서 하나의 거품에서 그것은 위로 향하고, 다음에는 그것은 아래로 향하게됩니다. 여전히 기포 사이의 자리는 필드 값이 0이고 모든 기포는 인접한 기포의 필드와 반대되는 필드를가집니다. 우리는 그것을 max-zero-min-zero-max-zero-min-zero로 간단히 설명 할 수 있습니다. 파도의 진폭은 전기장의 최대 강도와 최소 강도 (또는 음의 강도)의 차이입니다. 모든 중간 값을 기억하면서 이제 수평 축이 중심 (필드 강도가 0 인 위치)에 사인파를 그리는 이유를 알 수 있습니다. 필드 방향이 위 또는 아래에 있더라도 여전히 웨이브의 이동에 수직입니다. 그렇지? 그리고 이것은 후속 파동 펄스 사이의 공간 (또는 공간이 연속적으로 커지는 공간 기포) 사이에 전기장이 정확히 어떻게 설정되는지입니다.

그러나 자기장과 같은 것을 복잡하게 만드는 또 다른 구성 요소가 있습니다. 실제로 이것은 이해하기 어렵지 않습니다. 자기장 활동은 전기장과 같은 지역을 포함합니다. 그것들은 단계적으로 상관되어 있습니다. 전기장이 제로인 점 또는 공간 구에서 실제로 자기장은 제로입니다. 전계 강도가 피크를 갖는 구체에서, 자기장 강도도 피크를 갖는다. 전기장에 구유가있는 구에서는 자계에 구유가 있습니다. 당신이 생각하는 것처럼 자기장도 작용하는 선이 방향을 가지고 있기 때문에 벡터 양입니다. 기본 차이는 자기장 방향이 파도의 이동과 전기장 방향 모두에 수직이라는 것입니다. 우리가 상상할 수 있듯이 전기 피크가 수직으로 위를 향하고 전기 트로프가 수직으로 아래로 향하는 자기 수평선은 시야 라인을 따라 놓여 있습니다. 그런 다음 자기 피크는 우리를 향하고 자기 트로프는 우리를 향합니다. 더 넓은 영역을 고려하면 자기장 선은 구면을 따라 곡선을 따라야합니다.

나는 내가 말한 것에서 얼마나 많은 것을 이해할 수 있는지 모르겠다. 그러나 주요 아이디어는 확대 된 전기 및 자기장의 거품이며 매 초마다 거품의 방향을 바꾸고 거품은 매우 빠르게 성장한다는 것입니다. 그들이 전기장과 자기장의 강도를 증가시켜 우주를 여행 할 때 약 해짐 (진폭이 줄어듦)은 에너지를 잃어 버리고 어느 정도 거리를 가면 결국 사라집니다 (음파와 동일).

실제로 이러한 모든 파동 (음향 및 전자기)의 모양과 배치는 반사, 간섭, 회절 및 굴절과 같은 것들 때문에 훨씬 더 복잡합니다. 기포는 땅, 건물, 나무, 자동차, 벽, 가구 등과 같은 다양한 물체에서 반사됩니다. 반사 된 거품은 직접적인 거품에 부딪 치고 서로의 형태와 정확한 이동에 영향을 미치므로 결과적으로 파도의 토폴로지는 매우 복잡하고 지각의 관점에서 예측할 수 없습니다.

우리가 분명히 알고있는 음파에 대한 기본적인 물리적 차이를 완성하기 위해서는 다음과 같은 것들이 있습니다. -파장은 매우 다양하지만 Wi-Fi의 경우 약 9-15cm이므로 논의한 음파에 매우 가깝습니다. -주파수가 매우 높습니다 (예 : FM 라디오의 경우 100MHz, Wi-Fi의 경우 2.4GHz). -이동 속도도 매우 빠릅니다 (빛의 속도).

파도의 모양은 구형이므로 교과서에 표시되는 것과 모양이 다릅니다. 교과서에서 볼 수있는 것은 전체 파의 일부분 일뿐입니다. 다른 슬라이스는 작업중인 슬라이스와 동일한 정보를 갖기 때문에 필요한 모든 것입니다.