Podstawowe zjawiska falowe

Poniższy artykuł też jest częścią Radiowej Oślej Łączki i zapowiada drugi cykl artykułów omawiających te tematy. Wstępnie sygnalizuje kolejne ogromnie ważne zagadnienia. Tylko wstępnie sygnalizuje, ponieważ są one skomplikowane i trudne, a ich dobre zrozumienie wymaga zdecydowanie obszerniejszych wyjaśnień.

W poprzednim artykule serii wspomniałem, że w ramach Radiowej Oślej Łączki trzeba omówić trzy najważniejsze kwestie. Do tej pory omówiłem tylko jedną: zawsze bezprzewodowy transfer energii elektrycznej. Właśnie ten poprzedni artykuł, zatytułowany W oczekiwaniu na Zweisteina i Dreisteina, zawierał mocne argumenty, że to bezprzewodowe przekazywanie energii dotyczy także prądu stałego. Do omówienia pozostają dwie ogromnie ważne kwestie: zjawiska falowe oraz problem dopasowania. W tym artykule zajmę się głównie zjawiskami falowymi, natomiast różnymi aspektami kwestii dopasowania zajmiemy się później.

Fale i zjawiska falowe

Temat fal i zjawisk falowych jest bardzo obszerny, a szczegóły są trudne. W codziennym życiu z falami mamy do czynienia zawsze i wciąż. Choćby w postaci fal akustycznych, dźwiękowych oraz w postaci fal świetlnych. Fale mechaniczne, w tym dźwiękowe pokazują, że chodzi o drgania, co z jednej strony jest jak najbardziej prawdziwe, ale też pod pewnym względem wprowadza w błąd.

Co ważne w tym artykule, w szkole jesteśmy uczeni, że światło to fala elektromagnetyczna. Tak, ale w praktyce określenie „fala elektromagnetyczna” kojarzy się nam przede wszystkim z falami radiowymi. Falami radiowymi, rozumianymi jak cykliczne, okresowe zmiany pola elektrycznego i magnetycznego. Cykliczne, a konkretnie sinusoidalne.

Fale elektromagnetyczne, mniej czy bardziej utożsamiane z falami radiowymi, kojarzymy też z antenami. Jednak elektryczności i prądu elektrycznego z falami nie kojarzymy. Mamy utrwalone wyobrażenie, że fale radiowe to coś zupełnie innego, niż prąd elektryczny i że anteny są przetwornikami. W świadomości większości z nas pokutuje zupełnie fałszywe przekonanie, że anteny są przetwornikami, że anteny nadawcze „zamieniają prąd na fale elektromagnetyczne”, a anteny odbiorcze zamieniają „fale radiowe na prąd”. Takie wyobrażenie mocno przeszkadza i wprowadza w błąd.

Fluidy czy odkształcenie? Ohm czy Maxwell?

Nieprzypadkowo we wcześniejszych artykułach dużo uwagi poświęciłem XVIII- i XIX-wiecznym wyobrażeniom o elektryczności, a w szczególności fluidom oraz pracom G. S. Ohma (fotografia 1).

Także i później, w czasach Maxwella (fotografia 2), powszechnie uważano, że podstawą elektryczności jest przepływ w przewodach niewidocznych fluidów (szklanego i żywicznego), ewentualnie jednego fluidu według wyobrażeń Beniamina Franklina. I wydawało się wręcz oczywiste, że przepływ fluidu elektrycznego przenosi też energię.

Sytuację nieco skomplikowało upowszechnienie w roku 1820 przez Oersteda informacji, że przepływ prądu elektrycznego powoduje odchylenie igły kompasu. Już to mogło nasuwać niepokojący wniosek, że coś tu nie gra i że energia potrzebna do odchylenia igły magnesu przekazywana jest bezprzewodowo. Te zagadnienia próbował dokładniej zbadać w latach 30. samouk Michael Faraday, który z uwagi na brak matematycznego wykształcenia wprowadził osobliwą koncepcję „linii sił” (lines of force). I to on w sumie wprowadził pojęcie czegoś takiego jak pole magnetyczne i pole elektryczne.

W połowie XIX wieku eksperymentami i dziwną koncepcją Faradaya zainteresował się, bardzo dobrze wykształcony i zdolny, uczony James Clerk Maxwell. Maxwell przedstawił i opisał dziwną koncepcję Faradaya w sposób matematyczny. Przedstawił 20 równań (różniczkowych, cokolwiek to tak naprawdę znaczy), które opisywały elektryczność – między innymi wzajemne zależności między polem elektrycznym i magnetycznym. Matematycznie opisał zależności, które wcześniej eksperymentalnie odkryli i badali A. M. Ampere oraz M. Faraday.

(…)

——– ciach! ——–

To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się w kwietniowym numerze czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 4/2025). Czasopismo aktualnie nie ma wersji drukowanej na papierze. Wydawane jest w postaci elektronicznej (plików PDF). Pełną wersję czasopisma znajdziesz na moim profilu Patronite i dostępna jest dla Patronów, którzy wspierają mnie kwotą co najmniej 10 zł miesięcznie. Natomiast niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 4/2025 znajduje się tutaj.

Piotr Górecki

 

Uwaga! Wskazówki, jak nabyć archiwalne numery znajdują się na stronie: https://piotr-gorecki.pl/n11

Chodzi o ZE 4/2025.