В статье «Плоская волна и колебательный контур» я писал, что это два предельных случая колебательного процесса.
Если у Вас колебательный контур с очень малым активным сопротивлением и малым излучением, а Вы подпитываете колебания на резонансной частоте, то это близко к идеальному колебательному контуру, магнитная составляющая которого сдвинута на 90 градусов по отношению к электрической. В этом режиме энергия бежит от источника в контур и почти вся возвращается обратно, говоря словами энергетиков - много реактивной составляющей и мало активной.
А теперь возьмем кипятильник с очень малыми индуктивностью и емкостью и запитаем его частотой, далекой от резонансной, например 50 Гц. Ток и напряжение на вилке кипятильника будут почти синфазными, но энергия течет вовсю, превращаясь в тепло. Видимо это и есть аналог плоской волны.
Обратим внимание на то, что частота питания цепи в последнем случае значительно ниже частоты собственных колебаний кипятильника и соединительных проводов. Значит, если собственная резонансная частоты среды распространения радиоволн (или света) будет намного выше частоты самих радиоволн, мы должны получать плоские волны в большинстве случаев радиопередач и передачи света? Наверное, не совсем так. Плоская волна потому и плоская, что все точки рассматриваемой площадки волны должны быть равноудалены от источника энергии. Это вполне допустимое упрощение при рассматривании лучей Солнца на площадке метр на метр у поверхности Земли или при рассмотрении плоского конденсатора с обкладками размером 1м*1м и с диэлектриком толщиной в 1 мм и меньше. В остальных случаях распространение волны должно зависеть от соотношения форм источника и приемника информации.
Когда колебания тока и напряжения в электрической цепи определяются не собственными параметрами цепи, а формой тока и напряжения источника, такие колебания называются вынужденными. Аналогом может служить маленький маятник, например с длиной нити 2 см, который медленно раскачивается рукой. Если двигать рукой грузик, то длина нити не играет никакой роли. Если двигать точку привязки нити маятника, то конечно, собственные колебания маятника проявятся, но их амплитуда полностью потеряется в амплитуде руки. Так вот переход от колебательного контура к плоской волне можно сравнить с перемещением точки приложения движущей силы источника, частота которой близка к резонансной, от верхней точки нити маятника к центру тяжести грузика с одновременным уменьшением частоты воздействия источника силы. При этом мы будем наблюдать наложение колебаний маятника (колебательного контура) и источника силы или напряжения. Если собственная частота маятника устремляется к бесконечности, то вынужденные колебания по форме будут приближаться к колебаниям источника все ближе и ближе, по мере увеличения разности между собственной частотой маятника и частотой воздействия.
Еще одно замечание, которое родилось из неоднократно обсуждаемого вопроса «Что такое время?». Стоит признать, что время – это свойство нашей памяти фиксировать то, что было и сопоставлять с тем, что происходит в настоящий момент. При этом можно наблюдать несколько процессов почти одновременно и сравнивать результаты наблюдений. Процесс движения часовой, минутной или секундной стрелки на часах мы фиксируем в ячейках нашей памяти и говорим, что время движется. Если при этом мы связываем с этими ячейками другие ячейки, в которых запоминаем состояние другого процесса (сгорание свечи, положение Солнца относительно окружающих нас предметов или боль в коленке), то мы говорим о протекании второго процесса во времени.
Так вот, наличие таких ячеек памяти у конденсаторов, катушек или маятников, как мне кажется, не наблюдается. Вся неживая природа «живет» по принципу «здесь и сейчас». То есть нет у электротока или грузика на нитке частоты или фазы, у них есть только силы, действующие на них в данное мгновение. Поведение природных объектов в том или ином явлении – это скорее пошаговое числовое интегрирование всех воздействующих сил на выбранный объект, при бесконечно малом шаге интегрирования. При этом необязательно рассматривать только механические силы, я имею в виду и электрические, и магнитные, и тепловые силы, которые изменяют состояние тел в данное мгновение. Направление полета камня мы объясняем силами инерции, можем учесть влияние ветра, неравномерность плотности Земли или даже притяжение Луны и других планет. Это вполне по силам математическому аппарату численного интегрирования. Однако найдены более простые решения задач баллистики, дающие куда лучшие результаты и с гораздо меньшими затратами вычислительных ресурсов. А как объяснить сохранение направления движения каждой электромагнитной (звуковой или хотя бы водяной) волны при наличии сотен источников? Ведь волны практически не смешиваются, мы же слышим всех одновременно говорящих людей, видим тени и освещенность от всех источников света, круги на воде от нескольких брошенных камней или упавших капель.
Первое, что хочется заметить, что при использовании аппарата численного интегрирования, мы должны отказаться от заведомой периодичности каких-то процессов. Если источник и генерирует колебания с определенной частотой, то приемник, находящийся далеко от источника, может получить другие колебания, которые сформировались из колебаний источника и собственных колебаний передающей среды. Вспомним работу гетеродина в радиоприемниках прошлых лет.
А как же сохраняется направление движения электромагнитных волн и света? Дело в том, что воздействие источника на элементы передачи волны происходит направленно от источника и воздействует на всю глубину пространства, куда источник может дотянуться. По мере удаления от источника сила воздействия уменьшается, но она есть. Ближние элементы получают большую долю воздействия чем дальние и слегка опережают в своем движении или изменении тех, кто находится дальше от источника. Движение воды или параметров электромагнитного поля происходит как вблизи, так и на большом расстоянии от источника, но ускорение в разных удаленностях разное. Опережение ближних к источнику элементов среды по отношению к удаленным приводит к образованию некоего гребня воды или гребня напряженности поля. Далее сам гребень уже является источником воздействия, причем действует он как от источника, так и в обратном направлении. Если источник в это время снизил свой потенциал, то часть энергии гребня вернется в источник (реактивная составляющая) а часть «покатится» дальше (активная составляющая). С какой скоростью этот гребень будет перемещаться и передавать воздействие дальше зависит только от свойств среды. На небольшом расстоянии от источника расстояние между гребнями будет практически полностью определяться периодом изменения воздействия источника. А вот на удалении от источника расстояние и форма гребня или впадины зависит от свойств среды и совсем необязательно, что это будет синусоида. Скорее всего эта кривая будет из семейства циклоид.
Говоря о лучах света от Солнца и далеких звезд, не стоит очень уповать на закон сохранения энергии. Неизвестная среда, называемая космическим вакуумом и находящаяся между нами и источниками света, вполне может как поглощать, так и преобразовывать световую энергию. Какой-нибудь астероид, приблизившись к Солнцу разогреется до того, что сам начнет испускать свет, в то же время перекрыв прямой путь световой волне, родившейся на Солнце. Нельзя сказать, что луч зеленого цвета родился на Солнце или на какой-нибудь Альфе. Это вполне может быть результат многократного преобразовании электромагнитной энергии по пути от источника до наших глаз или наших приемников.
Ток смещения, открытый или выдуманный Максвеллом и физиками, исследовавшими электричество до него, принято считать чисто накопительным. То есть, сколько энергии затратили на смещение зарядов в диэлектрике, столько энергии будет выдано при «разряде» диэлектрика. Но так ли это? Ведь диэлектрик и даже вакуум, который имеет электрическую проницаемость, может нагреться и излучать тепловую энергию при многократной «перезарядке», тем самым изменив соотношения, описанные в уравнениях Максвелла.
Статья получилась сумбурной, но спасибо, что дочитали до конца, буду рад Вашим комментариям.