Elektromagnetno valovanje in prevodniki


    Elektromagnetno valovanje naj se ne bi širilo skozi prevodna telesa. Ker je morska voda slana in zato zelo dobro prevodna mislim, da morajo podmornice uporabljati s kopnim drugačne načine komuniciranja. Ali pa so takrat tiho? Na to vprašanje me navaja poskus z nabito električno kroglo in elektrostatičnim poljem, ki je znotraj v vsaki točki enako nič.

    Elektromagnetno polje je znotraj prevodnikov v vsaki točki enako nič le v primeru, ko obravnavamo statično elektromagnetno polje (t. j. električno polje, ki se s časom ne spreminja) ali idealni električni prevodnik. Zakaj je temu tako? V idealnem električnem prevodniku imamo prosto gibljive elektrone. Če bi v prevodniku obstajalo od nič različno statično električno polje (ki bi ga na nek način vzpostavili od zunaj – zunanje električno polje) bi na elektrone delovala sila. Pod vplivom te sile bi se elektroni seveda premikali in razporedili na način, kot bi ga določalo električno polje. Ker so elektroni nabiti delci, bi njihov naboj in nova porazdelitev elektronov seveda spremenila električno polje v prevodniku. Izkaže se, da bi se elektroni razporedili tako, da bi njihovo električno polje natanko izničilo prvotno zunanje električno polje. Povzemimo: če v idealnem prevodniku obstaja statično električno polje, se elektroni začnejo gibati. Gibajo se dokler s svojo novo porazdelitvijo ne izničijo zunanjega električnega polja. Zato naprimer v super prevodniku ne potrebujemo nobene napetosti oz. električnega polja, da bi vzdrževali električni tok. V dobrih, a neidealnih električnih prevodnikih, pa potrebujemo le zelo majhno (infinitezimalno majhno) električno polje, da vzdržujemo elektični tok. Prvi del odgovora se torej glasi: v električnih prevodnikih nimamo statičnega električnega polja, ob pogoju, da elektroni (ali drugi nosilci naboja) mirujejo. Če imamo električno polje, se nosilci naboja usmerjeno premikajo v smeri električnega polja.

    Nekoliko drugače pa je v primeru, ko se električno polje s časom spreminja. Kot smo že povedali, se v statičnem primeru elektroni razporedijo tako, da izničijo zunanje električno polje. Vendar za to potrebujejo določen čas. Če pa se električno polje zelo hitro spreminja, potem elektroni (ali drugi nosilci nabojev; npr. ioni v morski vodi) ne morejo slediti spremembam električnega polja, ker je njihova gibljivost premajhna, tako da se električno polje lahko do neke mere razširi v prevodnik. Kako globoko se bo razširilo, pa je seveda odvisno od prevodnosti materiala. Za dobre prevodnike velja, da imajo nosilci naboja dobro gibljivost in se bodo lahko hitro prilagajali električnemu polju – vdorna globina bo kratka. Za slabe prevodnike pa velja, da je gibljivost nosilcev majhna in bodo le stežka sledili zunanjemu električnemu polju – vdorna globina za tak material bo velika. Pričakujemo tudi, da bo vdorna globina za visokofrekvenčno polje daljša, saj se nosilci nabojev težje prilagajajo hitrim kot počasnim spremembam.

    Pri komuniciranju podmornic gre potemtakem za kombinacijo obeh pojavov. Morska voda niti ni tako dober prevodnik, torej ima sorazmeroma dolgo vdorno globino. Elektromagnetno valovanje bo potemtakem imelo dolg doseg. V komunikaciji prav tako uporabljajo visokofrekvenčno elektromagnetno valovanje, torej bo tudi zaradi tega vdorna globina elektromagnetnega valovanja dovolj dolga, da bodo podmornice lahko komunicirale med seboj. Nenazadnje je običajna svetloba tudi elektromagnetno valovanje in voda je kar dobro prepustna za svetlobo, saj ta sega nekaj deset metrov globoko.

    Najpomembnejše pri tem odgovoru pa je seveda spoznanje, da je električno polje znotraj prevodnikov enako nič le tedaj, kadar obravnavamo zares dobre prevodnike in statično električno polje.

    http://server5550.itd.nrl.navy.mil/projects/SUBCOMM/index.html

    (Tadej Mali)

    PUSTITE KOMENTAR

    Vpiši svoj komentar!
    Prosimo vpišite svoje ime

    This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.