En ondas electromagnéticas, ¿los campos eléctrico y magnético son perpendiculares entre sí en fase o físicamente?

El tungsteno muy ineficiente emite luz visible debido al calor extremo. Es la radiación del cuerpo negro. Para los objetos que están calientes, pero no tanto como el tungsteno incandescente, por ejemplo, el cuerpo humano y cualquier otro animal de sangre caliente, emitimos fotones todo el tiempo, pero a una frecuencia muy por debajo del infrarrojo rojo o “cercano”.

Emitimos fotones principalmente a dos órdenes de magnitud de frecuencia más baja, que todavía está a muchos órdenes de magnitud por encima de la onda de radio.

Pero nosotros, el cuerpo humano y la lámpara incandescente liberamos la mayor parte de nuestra energía por convección con aire ambiente. Es decir, a través de la vibración física: las moléculas de agua que vibran violentamente cerca de la superficie pueden escapar, por evaporación, llevándose la vibración extra. Las moléculas de agua restantes son más frías ya que vibran menos que la que escapó.

En cuanto a los paquetes de campo eléctrico vibrante que llamamos fotón, creo que es comparable al intercambio constante de voltaje a corriente en cualquier señal de CA. Cuando el voltaje alcanza un pico, la corriente es cero. Cuando la corriente está en su pico, el voltaje cruza la línea de 0 voltios.

El voltaje y la corriente siempre están a 90 grados entre sí, incluso cuando el factor de potencia no es 1. Lo que sucede es que una carga reactiva, como la reactancia inductiva de un transformador, devuelve parte de la energía a la fuente. Esta energía se devuelve como una onda de pecado con cierto retraso. La suma de dos ondas de pecado desplazadas por cualquier cantidad es siempre una onda sinusoidal. La amplitud aparecerá más baja o más alta en comparación con lo que veríamos sin carga o con una carga resistiva pura.

El mismo fenómeno existe para los fotones. Cuando la luz se refleja en un espejo rallado (hecho de muchas capas, cada una con un grosor diferente), los fotones que rebotan en una capa dada interferirán con el fotón que rebotó en la siguiente capa, y los de la tercera capa, etc. Estos espejos son equivalentes a una combinación de condensadores e inductores: forman un filtro que puede separar colores sin desperdicio.

Un filtro de color estándar es equivalente a una resistencia, al absorber fotones y convertir su energía en calor. Los espejos rallados son como inductancias o condensadores del mejor diseño que acumulan carga durante un corto tiempo, que devuelven la carga sin desperdicio.

Lejos de una antena, los campos eléctricos y magnéticos están en fase y transmiten energía de radiación. También están en ángulo recto entre sí y con la dirección de propagación.

Cerca de una antena pequeña, los campos están en cuadratura de fase, es decir, 90 grados fuera de fase. La energía reactiva en los campos oscila principalmente de un lado a otro.

Esto es exactamente análogo al concepto de factor de potencia en electrónica de CA. Las ondas de corriente y voltaje pasan de ser puramente reactivas cuando están en cuadratura a ser puramente “reales” (es decir, que transportan potencia neta) cuando están en fase entre sí.

Los campos eléctricos y magnéticos son realmente perpendiculares. Entonces, si uno apunta hacia el techo, el otro podría apuntar a la pared. Esta no es solo una descripción matemática, sino que tiene que ver con las fuerzas que los campos ejercen sobre los objetos materiales, por lo que la dirección se puede medir directamente.

En cuanto a la parte de la pregunta sobre la energía radiante de tungsteno caliente, algunos de los electrones en los átomos de tungsteno se elevan a un nivel de energía más alto en el átomo, y permanecerán allí hasta que la energía se escape de alguna manera. Puede pensar en el campo electromagnético como un conducto disponible para conducir la energía lejos del átomo, pero hay reglas estrictas sobre cómo debe suceder eso. No hay tantas otras formas en que la energía podría escapar, por lo que el campo electromagnético tiende a tomar la energía primero.

La mecánica cuántica determina los niveles de energía disponibles dentro del átomo, y cuando un electrón sube o baja un nivel, la energía cambia en una cantidad fija. La conservación de la energía dicta que el cambio de energía se compense con un cambio de energía en otra parte. El campo electromagnético puede absorber energía del átomo cuando uno de sus electrones baja un nivel (o, a veces, más de uno).

Una vez que el campo electromagnético acepta la energía del átomo, la velocidad a la que se propaga la energía se decide por las propias reglas de los campos que no tienen nada que ver con el átomo. Es similar a una onda de sonido, que viaja a la misma velocidad independientemente de quién esté cantando. Pero desafortunadamente no entendemos el campo electromagnético tan bien como entendemos el sonido.

En el siglo XIX, Maxwell pudo predecir la velocidad de las ondas electromagnéticas por lo que ya se sabía sobre la electricidad y el magnetismo. Más tarde, Einstein demostró que la velocidad de la onda era la misma para cualquier observador, independientemente de su propio movimiento, un efecto que es bastante difícil de visualizar. Los físicos que afirman comprender el electromagnetismo pueden tener una descripción matemática que pueden citar, pero no pueden decirnos qué está sucediendo realmente.

También son direccionalmente perpendiculares.
La ecuación de Maxwell puede proporcionar una explicación.
[math] \ nabla \ times \ vec {E} [/ math] = [math] – \ dfrac {\ partial \ vec {B}} {\ partial t} [/ math]
[math] \ nabla \ times \ vec {E} [/ math] es perpendicular a [math] \ vec {E} [/ math] y [math] \ dfrac {\ partial \ vec {B}} {\ partial t } [/ math] está en la dirección de [math] \ vec {B} [/ math].

Se produce un campo magnético cuando un campo eléctrico gira. El campo E gira alrededor de un eje que, en cualquier punto del campo E, es paralelo a la dirección del campo en ese punto.
La dirección de rotación en cualquier punto da la dirección de la fuerza magnética en ese punto.
Entonces, ¿de dónde viene el campo de un imán permanente?

Responda amablemente al otro aspecto de las preguntas también

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