Не дает покоя факт, что в колебательном контуре график напряженности магнитного поля сдвинут от графика напряженности электрического поля на 90 градусов, а в плоской волне эти графики совпадают. И ведь математически все верно, как в том, так и в другом случае. Возможно примирить эти противоположности помогут те предположения, которые делаются при рассмотрении колебательного контура и плоской волны.
Для колебательного контура принято, что активное сопротивление катушки индуктивности и соединительных проводов равно нулю, токи утечки конденсатора равны нулю, потери магнитного и электрического поле в окружающем пространстве тоже равны нулю. Это только идеальный случай, существующий только в умах физиков-теоретиков. Если переходить к реальным устройствам, то даже без учета потерь электрического и магнитного полей надо рассматривать более сложную схему:
Здесь почти идеальный колебательный контур, так как активное сопротивление катушки всего 1 Ом и токи утечки конденсатора малы. Для такой схемы имеем графики напряжения (желтый) и тока (синий) сдвинуты почти на 90 градусов.
Если сопротивление катушки увеличить до 3 кОм, а сопротивление утечки конденсатора уменьшить до 1 кОм, то картинка станет другой
Как видим, графики тока и напряжения стали очень близкими по фазе. Если и далее изменять параметры в этом направлении, получим почти совпадающие по фазе ток и напряжение. Это другая идеальная крайность, когда собственные колебания в контуре заменяются вынужденными.
Итак, не существует идеального колебательного контура, где свободные колебания обуславливаются только индуктивностью и емкостью. Реально должны присутствовать резисторы, рассеивающие энергию в виде тепла и источник подпитки, вносящий изменения в период, фазу и амплитуду колебаний энергии.
Есть еще противоположный идеальный случай – чисто активная цепь переменного тока. На практике можно приблизится к этой цепи очень близко, но ведь цепь замкнута, так что по крайней мере один виток индуктивности у нас есть, и если есть два соседних участка цепи, то между ними всегда есть электрическая емкость. Увеличивая активное сопротивление цепи, мы приближаем фазу тока к фазе напряжения и часто просто пренебрегаем монтажными индуктивностью и емкостью. А ведь этот идеальный случай очень похож на соотношение электрической и магнитной составляющих в плоской электромагнитной волне.
Из всего сказанного можно сделать такие выводы:
1. Идеальный колебательный контур имеет сдвиг между током и напряжением 90 градусов, но реально существовать не может.
2. Идеальная плоская волна, как аналог идеальной активной цепи переменного тока имеет совпадающие по фазе электрическую и магнитную составляющие, но реально существовать не может.
И немного из работы реальных генераторов электрической мощности, работающих на наших электростанциях. Мощность этих генераторов зависит от угла опережения магнитного поля ротора по отношению к магнитному полю статора, создаваемому генерируемым током. Если этот угол мал, то генератор работает почти на холостом ходу. Если этот угол приближается к 90 градусам – генератор на грани выпадения из синхронизма.
Вполне возможно, что в электромагнитной волне сдвиг фаз электрической и магнитной составляющих в начальный момент близок к одному пределу, а по мере распространения волны в пространстве сдвиг изменяется. А когда волна достигает своего приемника, происходит достижение противоположного предела разности фаз. Вот только какие это пределы в момент зарождения волны и в момент ее поглощения, я сказать не берусь.
Спасибо, что дочитали статью до конца.