• 締切済み

電磁波の仕組み、アンテナ受信

電場と磁場が相互に誘導して電磁波が伝播するそうですが、 アンテナから出る磁場の変化だけで十分電波の説明がつくような 気がするのです。アンテナに交流電流を流すとアンテナの周囲に sin(wt)で時間変化する磁場ができるはずなので、電場を相互に 誘導しなくても十分伝播するのではないでしょうか?私の考えでは 空気中では交流電場は存在せず、磁場だけで伝播して、アンテナな どの導体に交流磁場が接触したときだけ導体中に電場が生じる と考えています。間違ったところがあったらご指摘願います。 あとアンテナに交流磁場が接触したときにどういう仕組みで 交流電流に変換されるのでしょうか。ダイポールアンテナに交流 磁場が接触したときにどういう仕組みで電流になるのかいまいち イメージできません。あとなぜアンテナ長が半波長のとき利得が 最大になるのでしょうか?原理を教えてください。それでは。

みんなの回答

  • foobar
  • ベストアンサー率44% (1423/3185)
回答No.5

#3補足欄に関して 磁界の強さが1/rに比例するのは、無限長直線電流(とみなせるほどrが電流の近傍)で、かつ戻りの電流が充分離れている場合です。 送信アンテナはそんなに長くない(し通信距離も短くない)です。 (もし送信アンテナを思いっきり長くしても、電流変化がアンテナ上を伝わる速度が有限のため、半波長毎に電流の向きが反転し「無限長電流」の状態にはなりません。)

  • ojisan7
  • ベストアンサー率47% (489/1029)
回答No.4

>無限遠まで伝播するように、電流の周辺にできる回転する磁場も距離に反比例して無限遠まで伝播するはずです それは、ちょっと無理ですね。このことについて、詳しく知るには、アンテナと電磁波についての専門書を図書館等で探してください。 下記サイトにも、分かりやすい説明がありますので、納得がいくまで、読んでください。 http://www2.ktokai-u.ac.jp/~tideguti/pdf/emissionexp.pdf

参考URL:
http://www2.ktokai-u.ac.jp/~tideguti/pdf/emissionexp.pdf
  • ojisan7
  • ベストアンサー率47% (489/1029)
回答No.3

>アンテナから出る磁場の変化だけで十分電波の説明がつくような 気がするのです。 それを、私にも分かるように(科学的根拠と基礎方程式を具体的に提示して)、示してください。

tamukikun
質問者

補足

数式で示すのは難しいですが、点電荷の電界が距離の二乗に反比例して 無限遠まで伝播するように、電流の周辺にできる回転する磁場も 距離に反比例して無限遠まで伝播するはずです。電線に流れる 電流を交流にすれば、周辺の磁場もサインで変化すると思います。 そして、受信アンテナで交流磁場を受信して電圧を生じると思います。 以上のような理由で磁場だけで電磁気現象の説明がつくように思うのです。

  • foobar
  • ベストアンサー率44% (1423/3185)
回答No.2

電磁波になっていない磁界だと、距離の2乗や3乗に反比例して減衰します。(電磁波の解だと磁界や電界の強さは距離に反比例) ですので、単純な変動磁界だけだと、減衰が大きすぎて遠方までの伝播にならない解にやりそうに思います。

回答No.1

アンテナ線の両端は切れているので電流は流れません。従ってこの線上には両端の位置で電流がゼロでもいい高周波だけが存在できます。 交番電流は位相が0および180度のときつまり波長でいうと始点と1/2波長のところだけが電流ゼロです。 以上のことから半波長の高周波だけがアンテナに共振します。 そして位相が90度つまり1/4波長のところは電流が最大なので、ここから給電あるいは受電をします。 こういう基本的なところだけでなく、更に高度なとことまで十分に理解した後に、既存の学問体系に不都合があると確信が持てたら、論文を書いて学会で新理論を発表してください。それまでは従来の学問体系を理解するようつとめて下さい。

関連するQ&A

  • 電磁誘導は直流(脈流)でも生じますか

    (1)電磁誘導とは「磁場の中で導体が運動する、または導体の周囲で磁場が変化するとき、導体に電流が流れる現象」とあります。 (2)通常は、「導体の周囲で磁場が変化する状態」を起こさせるために、導体の周囲に置いたコイルに交流電流を流して、導体の周囲の磁場を変化させることが行われています。 (3)また、上記(2)の「交流電流」とは、時間の経過とともに、向きと大きさが異なる電流ということのようです。 (4)そこで、質問ですが、導体の周囲で磁場が変化する状態を起こさせるために、導体の周囲に置いたコイルに「向きは変化しないが大きさだけは変化する直流電流(脈流)」すなわち「直流だが電流の大きさだけは変化する脈流(例えば、形状は正弦波だが波形の上側と下側ともにプラス側で正負が変化しない常にプラス側の直流としての脈流)」を流す場合でも、そのコイルに流された「直流(脈流)」によりコイルの周囲の磁界が変化するから、電磁誘導は生じるでしょうか? つまり、導体の近くのコイルに「直流(脈流)」を流す場合でも、電磁誘導は生じますか?

  • 磁場で電磁波は曲がる?

    質問のタイトル通りですが、磁場を用いて電磁波(レーザー光)の進路(伝播方向)を変えることは可能でしょうか?「電磁波は電場と磁場の伝播だから、外部磁場と相互作用して進路が曲がるのは当然だ」と言っている知り合いがいるのですが、本当でしょうか?実験・理論、どちらの側面からでも結構ですので、どなたかお詳しい方ご教授下さい。

  • 電流の周りに電磁場が発生する理由とエネルギー保存

    導線に時間変化する電場を掛けると電流のほかに電場と磁場が周囲に発生します。これだと電場を掛けると電流のエネルギー(電力量)だけでなく電磁場のエネルギーも生まれてるように見えてしまいます。 また図のように回路Aに電場を掛けて電流を流すと、回路Bにも電流が流れると説明がありました。回路Aに電流を流して、さらに回路Bでも電流が流れたらエネルギー保存則に反しているように思えるのですがどのようにエネルギー収支が行われてるのですか?ジュール熱のように導線中を電流が流れる過程で、"何かしら"が原因のエネルギー損失分が双極子放射と同様で電磁波という形で散逸してるようにも考えましたがやっぱり釈然としません。 電場を印加すると電流を流すだけでなく電場・磁場も発生させ、近傍の導体に誘導電流も流したらエネルギー保存に反しているように思えるのですが、電磁場の発生と電磁誘導についてどのように考えればよいのでしょうか。 どなたかご教授お願い致します

  • 電磁波と光子

    電磁波と光子 古典的な電磁気学を勉強してます。 基礎的な質問だと思うのですが、 マックスウェル方程式によれば、 rotE=-∂B/∂t divD=ρ rotH=J+∂D/∂t であるから 電界の波動方程式が求まって そこからヘルムホルツの方程式が導けて 電場と磁場の関係から x軸方向に電場が正弦波状に変化するとき y軸方向に磁場も正弦波状の変化をするっていう あのよく見かける電場と磁場が一緒に描かれてる図まではなんとなく理解して 電磁誘導→電場ができる 変位電流→磁場ができる 要するに「電場と磁場の相互作用が電磁波」みたいなまとめでわかった気になってたんですけど、 光は「光子」というボース粒子によって電磁力を伝えたりして、光子は質量ゼロ、電荷ゼロであって…… みたいな量子力学の解説書に、光子は電場や磁場との直接的な相互作用はほとんどないって書いてあって、 たしかに電荷ゼロなら影響ないだろうなって思うんですけど 光 =空間の電場と磁場の変化によって形成される波(波動)である。 =微視的には、電磁波は光子と呼ばれる量子力学的な粒子 (wiki) みたいに書いてあって、 電場(静電場?)って重ね合わせの原理が成り立つから 電磁波が電場と磁場の相互作用なら、真空中とかで電磁波に電場とか加えるとなんとなく振幅が変わるような影響を簡単に受けそうな感じがするので、光子に電場や磁場との相互作用がほとんどないって記述がどうも引っかかって…… でも電磁波と電場および電場のかかっている物質との間に作用するいわゆる電気光学効果(ポッケレス効果とか)は非線形光学結晶などが必要と聞きかじり、電磁波の波長を変換したりするのって大変なんだなーって思うところまで勉強しました。 粒子性と波動性があるといろいろ複雑なのでしょうか…… 粒子性で考えると影響なくて 波動性で考えると電気光学的な影響がある…みたいな そもそも電磁波の波長とかってnmレベルですし、ただの波じゃなくて複素数の波動関数ですもんね。 あ、完全に影響なかったらそもそも非線形光学効果なんてないのだから、「ほとんど」影響ないってのはそういうことか… 量子論を修めろってことですね…… 己が浅学さを反省して、そろそろ19世紀の考え方から20世紀の考え方に移行しようと思います。

  • 電磁気について教えてください

    電磁気についてなのでですが、 電荷→電場 の関係ってガウスの法則 電場→磁場 の関係は電磁誘導の法則 磁場→電流 の関係はローレンツ力 でいいのでしょうか?

  • 電磁波&電磁誘導についての質問

    「電磁波は、空間の電場と磁場の変化によって形成された波のこと」 というのは分かったんですが、この「電場と磁場の変化」について詳しく(贅沢ですが出来れば分かりやすく)知りたいです。 様々な要因で磁束が変化し、電磁誘導で電場が発生し、それを繰り返し電磁波は伝わるんですよね? しかし「電場E」「磁場H」「電束密度D」「磁束密度B」など、細かい違いがあり少し分かりにくいです。 電磁波が伝わる過程には、どれがどのような順番で出てくるのでしょうか? 回答宜しくお願いします。

  • 電磁波に関して(基本的なこと?)質問します

    電磁波に関して(基本的なこと?)質問します 最近、量子力学の本(一般者向け)を読んでます。 いろんな本に光についての説明があって、それは波動性をもった電磁波の一種で、電磁波の説明がありますが、どの本も同じ内容で 「電場の変化→磁場の発生 磁場の変化→電場の発生」・・・こんな説明です。 これは電磁誘導(電線の上に方位磁石を近づけるとか)で昔学校でならったのは覚えています。 ただ、何故電場が変化すれば磁場が発生するのか、何故磁場の変化が電場を発生させるのか・・・・そのメカニズムについては、説明してる本に出くわしません。 そしてよく光の説明でイラストに登場する波の山谷は何を示しているのか、 電場磁場の発生メカニズムと関わりがあると思いますが。。。 電場・磁場・・・・互いの発生因果関係(メカニズム)、イラストの矢印の大きさの意味を教えてください。 または、それが解説されている本などの紹介でも構いません。

  • 電磁場と光の関係

     マクスウェル方程式によれば真空中で振動する電荷は磁場を変化させ、磁場の変化は電場を変化させ磁場電場が連続的に生成し、その波いわゆる電磁波が光の正体だなどという記述をいろいろな書籍で見かけます。  1.ここで磁場と電場がそれぞれ波をつくっていることは理解できるのですが(以下の内容を疑問に思っているということは理解できていないのかも知れません)、それを合わせて電磁波などという一つの波として伝播速度が光を同じだから、光は粒子ではなく波であるとするということが分かりません(あわせて一つの波にしているのではないとは感じますが)。つまり電磁波は2種類の異なった波が伝わっているということなのに物理書などではそれが一つの波であるかのように扱っているように見えるのです。 「電場の波と磁場の波とどちらが光か?」と問うことはできないのでしょうか(もちろんできないのだろう なとは思うのですが、この二つを合わせたものを電磁波、光というということの意味がわからないのです)。 電場の波の変位は電場の強さと方向を、磁場の波の変位は磁場の強さと方向を表すものであって、普通に光を考えるときによく見るような横波で変位が光の強さを表す波とは異なるものであると思うのですが、前者(電場変化と磁場変化の伝わり)から後者(光そのもの?を考えるときに使う波動)はどのようにしてでてくるのでしょうか。  2.また光を波として考えるとき通常の波のように山と谷がありますがあれは、実際に、何かが人間の感覚のレベルでは感じられない振動しているのか、それとも回折や干渉を説明するため、また光を量子力学で波長h、振動数vを導入して扱うためのものであって何かが振動(山谷を繰り返している)わけではないのでしょうか。  両方の質問とも、光は電場と磁場の伝わり合いであり、光がまた一つの波をつくっているのだと思いますが、電場変化、磁場変化を表す波(電磁波の伝播を表す波)と光の強度を振幅の変位にとった波とはいかなる関係にあるのかということなのです。  電磁気の本には光は電磁波の伝わりとして書かれて終わっていて、光を波動として回折、干渉などを考える本ではいきなり光は波動であるとして波長や振動数を導入しており両者の関係がよく見えてこないのです。この方面にお詳しい方もしお時間ございましたら、見当違いの質問かも知れないのですが、教えてください、よろしくお願いします。

  • うず電流

    導体を磁束が貫いているとき、その磁束が変化するか、又は導体が磁束をきると、当該導体内部に電磁誘導作用によって起電力が誘導される。この起電力は当該磁束の変化を妨げる方向に発生し、当該導体内に渦状に分布して流れます・・・この電磁誘導というのは自己誘導作用によるものと考えてよいのでしょうか。  当該コイルは、この起電力(いわゆる逆起電力といわれるのでしょうが)により、電源電圧がつりあったところで、一定の電流が流れるという理解でよろしいでしょうか。(安易に捉えてしまうと、電源電圧により電流が流れて、逆起電力ができてそれらがつりあうと、電流が流れない?と考えがちなので・・・)  うず電流についてですが、相互誘導作用によっても発生するのでしょうか。というのは、たとえばコイル1による磁束の変化により、コイル2が相互誘導作用により、コイル2に巻かれている導体に電流が流れる(方向は磁束の変化を妨げる方向)が、同様に、当該導体内部にもうず電流は発生するのでしょうか。そんなことがありえるのでしょうか。なお、発生するのであれば、コイルに巻かれた導線に流れる電流と内部の導体内のうず電流の方向は同じになると言うことでしょうか。 また相互誘導作用によるうず電流を発生するとともに、もとのコイルでは自己誘導作用によるうず電流も発生すると考えてよいのでしょうか。

  • 電場が変化すると磁場が変化する理由は?

    高校物理を勉強していて、電磁波がどのように伝わるのかがまるでよくわかりません。 いろいろ質問がありますが、よろしくお願いいたします。 まず磁場が変化すると電場が生じることはわかります。コイルに磁石を近づけたり放したり すると電流が流れます。 では、電場が変化すると磁場が変化すると、何故いえるでしょうか。 例えばコンデンサーの両端に交流電源を接続すると、極板間で電場が変化します。 このコンデンサーに磁石を近づけるとどうなるでしょうか。 自分で実験しようにも危なそうなのでできませんし、教科書や参考書、ネットにもこの 実験が見つかりません。 電場が変化が磁場を生むのなら、磁石は振動するのかな?と思いますが、実際は どうなるでしょうか。また、このことを確かめられる実験が他にあればお願いします。 あと、関係のない質問ですが、コンデンサーはノイズの除去に使われると聞きました。 交流電流に含まれる、細かい振動電流をコンデンサーに逃がしてやれば電磁波の発生が おさえられると聞きましたが、これだとコンデンサーの極板から電磁波が発生して しまうのではないでしょうか? 他にも質問はありますが、とりあえずこの質問のご回答お願いいたします。