Všichni odborníci na elektrotechniku
a spoje jsou do jisté míry obeznámeni s Heavysideho diferenciální formou třetí a
čtvrté Maxwellovy rovnice, totiž

V těchto rovnicích představuje
' derivát zohledňující čas, E sílu elektrického pole, H intenzitu
magnetického pole, J hustotu proudu, B hustotu magnetického toku v
µH (mikro Henry) a D reprezentuje dielektrický posun = rovněž nazývaný posuvný proud. Rovnice
1) je Faradayův zákon, zatím co za rovnici 2) vděčíme Maxwellovi,
který přidal k Ampérovu zákonu ono D' , což je udržující zachování náboje či jeho kontinuity, čímž
získáme formu J + D', vyjadřující skutečnou úhrnnou hodnotu
proudu.
Bohužel, v pochopení těchto rovnic mnohým ještě brání spousta
potíží s pojmy, což nevyhnutelně vede k podstatným nedostatkům v uplatnění
jejich významu v rámci technického využití (Myslíte, že jste v tom byli sami?).
Jedním z důvodů nedostatečného vniknutí do dané problematiky je patrně
neschopnost uznat skutečný fyzikální význam vektorových operací div a grad.
Mnoho textů a odborných článků jejich matematické jemnosti sice často podrobně
líčí, ale je jen málo popisů jejich fyzikální interpretace, shrnuté v
praktických, prostých termínech. (Autor v této souvislosti v
dalším textu často používá slova "curl", čímž je myšleno něco, co se z menšího
zakřivení mění v něco s větším zakřivením, asi jako spirálová kostra šnečí ulity
nebo spirálovitě roztočený pramen vlasů. V podstatě lze říct, že jde o zakřivení
ve smyslu Fibonacciho matematiky. p. př.)
Nadto si často
neuvědomujeme, že rovnice 1) a 2) obsahují neobyčejně cenné informace, a
to: a) že časové změny magnetického pole vytvářejí buď elektrické anebo
elektromagnetické pole, a co je ještě důležitější, že b) změny toku proudu
nebo časové změny elektrického pole, nebo obojího
zároveň, vybudí magnetické pole. Prosím přečtěte si to znovu a všimněte
si, že k vybuzení magnetického pole nepotřebujeme proud protékající
vodičem.
Esence Maxwelových rovnic, zprostředkovaná v bodech a) a b),
znamená, že jde o reaktivní, neboli pole produkující rovnice. Fyzikální a
matematicko-technickou důležitost povahy buzení pole lze ještě lépe převést a
pochopit, když tvary rovnic 1) a 2) obrátíme:

Tyto reverze vedou nejen k lepšímu
porozumění obsahu Maxwellových rovnic (který v běžně užívané formě zůstává
skrytý), ale i k lepšímu pochopení a uznání povahy elektromagnetizmu
vyvolávaného časovými změnami, a s ním spojeným technickým
využitím.
Příkladem významného technického využití, realizovatelného
pouze pomocí reverzního tvaru Maxwellovy 4. rovnice, je nedávno vyvinutý
revoluční systém "antény s kříženým polem" (Crossed-Field Antenna - CFA), v níž
je Poyntingův vektor S přímo slučován ze samostatně stimulovaného
E (elektrického) a H (magnetického) pole ( S = E X H
). S představuje elektromagnetické záření, které obsahuje obě složky
vyzařovaného pole, E a H, a X definuje vektorový součin,
což znamená, že obě složky vůči sobě musí být ve správné časové relaci, fázovém
úhlu a pozici. Jinými slovy, můžeme-li samostatně vytvořit obě pole a vhodně
je kombinovat, nepotřebujeme ani kousek drátu, jímž by protékal proud.
Podstatným rysem těchto antén je nejen malá velikost konstrukce, ale i to, že
je navíc i nezávislá na vyzařované vlnové délce, což s ohledem na dosavadní
teorii o anténách a jejich konstrukčním provedení představuje skutečně
pozoruhodné pojetí. (Tohle si zarámujte a pověste na zeď.).
Podle
líčení ve většině učebnic tkví podstata Faradayova zákona (rovnice 1) v
tom, že elektrické pole může souviset s rychlostí změn magnetického pole. Také
tento rys elektromagnetizmu lze vyjádřit elegantnější a informativnější cestou -
reverzí rovnice 1) tak, abychom dostali tvar
říkající, že pokud
časové změny magnetického toku B' budí elektrické pole E, pak se
negativní "curl" distribuovaného indukovaného E pole rovná příčině
(zdroji) B'. šipka => v této souvislosti signalizuje, že zdroj
na levé straně vyvolává nebo vytváří stav, platný na pravé straně. Záporné
znaménko zde manifestuje Lenzův zákon. Aplikace obrácené formy Faradayova
zákona je plně rozvinuta v teorii transformátoru, kde časové změny magnetického
toku vytvářejí, tzn. indukují, zpětné elektromagnetické pole. Povšimněte si, že
v reverzní formě Faradayova zákona je E pole indukováno z B' a
nemusí nutně souviset s nezávislým elektrickým polem, vybuzeným z volného náboje
podle Gaussova zákona.
Zvažme nyní rovnici 2). V
magnetostatice bylo vždy akceptováno, že magnetické pole vytváří podle
Ampérova zákona proud. Pro objasnění významu této výpovědi
prostřednictvím smysluplnější fyzikálně-matematické podoby, by měl být Ampérův
zákon vyjádřen takto:
to
znamená, že J (proudová hustota) vytváří magnetické pole H, takže
se "curl" H rovná zdroji J. Je také známo (a často ignorováno), že
magnetické pole může souviset buď s proudem, anebo s časovými změnami
elektrického pole, jak je uvedeno výše. U posledně zmíněného zdroje magnetického
pole se odkazuje na Maxwellův zákon, ale totéž lze vyjádřit mnohem
informativněji: tzn., posuvný
proud D' (D pole měnící se v čase) budí magnetické pole H, takže
se "curl" distribuovaného H pole rovná zdroji D'. Nyní vidíme jak
významná je reverze rovnice 2) do tvaru rovnice 4), tzn. J + D'
=> D X H, která by nyní měla být interpretována jako J + D'; obojí
může vybudit magnetické pole H, takže "curl" distribuovaného H
pole je rovný zdroji J + D'. Znaménko plus může, a mělo by být,
interpretováno stejně jako logický symbol OR
(NEBO).
Mnozí si žel neuvědomují, že H pole může kdykoli
představovat kombinaci dvou samostatných polí, indukovaných nezávislými typy
zdrojů, tzn., pohybem náboje a posuvným proudem.
Tato teorie nemusí
být uplatněna JEN na antény...
(Výňatek z článku
THE CROSSED-FIELD-ANTENNA, Part I. (A Lot of heavy
Theory) http://www.antennex.com/preview/cfa/cfa.htm
Autoři: Maurice C. Hately GM3HAT & Ted Hart
W5QJR Překlad pro
WM magazín © gewo 2002, red. překladu "Hello"
|