Γιατί τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα κοντά στην κεραία-δίπολο έχουν διαφορά φάσης π/2, ενώ μακριά από αυτήν είναι συμφασικά;

Συνηθισμένες ερωτήσεις   Δεκέμβριος 2004

Η κεραία διπόλου, είναι ως γνωστόν μια ακραία μορφή ενός κυκλώματος ηλεκτρικών ταλαντώσεων L-C. Το σύρμα του διπόλου είναι το στοιχείο που παρουσιάζει την αυτεπαγωγή L και αντιστοιχεί στο πηνίο, ενώ τα άκρα του διπόλου αντιστοιχούν στους οπλισμούς του πυκνωτή C.

Κοντά στο δίπολο, το μεν ηλεκτρικό πεδίο του ηλεκτρομαγνητικού κύματος, παράγεται από τον πυκωτή C, και το μαγνητικό πεδίο παράγεται από το ηλεκτρικό ρεύμα που διαρρέει το δίπολο. Είναι γνωστό όμως ότι σ' ένα κύκλωμα ηλεκτρικών ταλαντώσεων, το ηλεκτρικό πεδίο του πυκνωτή και το μαγνητικό πεδίο του πηνίου παρουσιάζουν διαφορά φάσης π/2, αφού όταν το ένα είναι μέγιστο το άλλο είναι μηδέν και αντίστροφα.

Πολύ μακριά τώρα από το δίπολο, τα δύο πεδία του κύματος συνδέονται μεταξύ τους με τις εξισώσεις Maxwell για το κενό, οι οποίες μας λένε ότι το μεν ηλεκτρικό πεδίο παράγεται από τον ρυθμό μεταβολής του μαγνητικού πεδίου (φαινόμενο ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής), το δε μαγνητικό πεδίο παράγεται από τον ρυθμό μεταβολής του ηλεκτρικού πεδίου που επειδή ισοδυναμεί με κάποιο ηλεκτρικό ρεύμα, ο Maxwell το ονόμασε και ρεύμα μετατόπισης.

Πιο συγκεκριμένα η μαθηματική μορφή των εξισώσεων που συνδέουν τα δύο πεδία είναι:

,

Οι σταθερές μ₀ και ε₀ είναι η μαγνητική διαπερατότητα του κενού και η διηλεκτρική  σταθερά του κενού αντίστοιχα.

Οι εξισώσεις αυτές όταν αναλυθούν σε συνιστώσες μας λένε ότι για ηλεκτρομαγνητικό κύμα που διαδίδεται κατά τον άξονα x, η συνιστώσα του ηλεκτρικού πεδίου κατά τον άξονα z (Ε_z) είναι ανάλογη της συνιστώσας του μαγνητικού πεδίου κατά τον άξονα y (Β_y). Και παρόμοια η συνιστώσα Ε_y είναι ανάλογη της συνιστώσας Β_z.

Με άλλα λόγια τα δύο πεδία, ηλεκτρικό και μαγνητικό, μακριά από το δίπολο μεταβάλλονται συμφασικά, ενώ το ένα είναι και κάθετο στο άλλο.