电磁和电磁辐射有什么区别?


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在上一个问题中,我问是否有2匝线圈,电流从一个线圈流到另一个线圈是RF,他们回答说这不是射频。我很困惑,因为我认为这是不断变化的磁场的无线传输,因此就是射频。

我以为AC电流振荡的速率就是RF的频率(所以我认为60 Hz的AC输入会给我60 Hz的RF信号)。好吧,有人告诉我不。

我想知道电磁辐射与普通的不断变化的电磁场之间的区别。

Answers:


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您先前的问题与广播无关的原因有两个。首先是,该收音机的官方频率从3kHz升至300GHz。第二个是,变压器基于与无线电波不同的原理。第二个原因是您的问题是什么:变压器基于电磁,无线电波基于电磁辐射。

对这个主题的理解真的很困难,而且对于许多人来说,存在很多假设。我将为外行人士提供一个简单的解释,与下面的详细解释相比,您必须接受更多的假设。

外行说明

如您所知,磁场意味着某些材料(例如金属)会被其他材料吸引。通过让交流电流流过电线或线圈,可以产生磁场。这就是在变压器的初级线圈中发生的情况。相反,磁场的变化将在线圈中产生电流-这就是次级线圈中发生的情况。磁场和电流的这些特性称为电磁感应

电磁辐射是电磁场的一种特殊形式。在电磁辐射中,磁场会产生一个电场(假设是这样),但是会远离产生电磁场的导体。电场会在更远的地方产生磁场,依此类推。由于该字段的特定属性,它一直在进行。那是电磁辐射的关键。

使用变压器进行测试时,次级线圈存在于所产生波的一个波长内。这意味着次级线圈中的电流不存在是因为电磁辐射,而是由于电磁感应:这两个磁场不会相互产生。

您只能通过传输超过一个波长的波来证明电磁辐射的存在-只有这样,您才能确保这些场彼此产生。

详细说明

这里存在一些混乱,其原因是无线电波和无线电频率背后的理论原理并不一定在一起。看一下Wikipedia电台

无线电是通过电磁辐射通过自由空间进行的无线信号传输,该电磁辐射的频率明显低于可见光的频率,在大约30 kHz至300 GHz的射频范围内。这些波称为无线电波。电磁辐射通过振荡的电磁场传播,该电磁场穿过空气和空间真空。

注意:我相信30kHz的最小值应为3kHz(参考:此处此处

您会发现,基于相同的原理和相同的工作方式,可能还有其他频率小于3kHz或大于300GHz的电波,因此不属于“无线电”。这些波不是无线电波,不在RF频谱中,但是当您忘记频率时,它们是相同的。

但是还有更多!无线电波是电磁辐射。电磁辐射包含两种成分,一种是电的,一种是磁的。如上所述,这些组件彼此创建。红色磁场产生蓝色电场,蓝色电场产生下一个磁场,依此类推。

在此处输入图片说明

电磁辐射维基百科

电磁辐射是更普通的电磁场(EM场)的一种特殊形式,它是通过移动电荷产生的。电磁辐射与电磁场相关,电磁场与产生它们的移动电荷相距足够远,因此电磁辐射的吸收不再影响这些移动电荷的行为。

我们试图在做你刚才的问题真的只是拿起弱磁,因为这是一个二次线圈做什么。

我猜您现在想知道:但是变压器发出电磁辐射,还是仅仅是磁场?让我们看一下电磁辐射维基百科

... EMR 1中的电场和磁场以恒定的强度比率存在,并且也存在于相位中...

1:与电磁场相比,电磁辐射-作者注

考虑一下变压器。电流变化时会产生磁场。假设我们有一个纯正弦作为电流。我们可以通过取该窦的导数(即余弦)来获得特定时刻的电流变化,因此:。现在看一下函数和,它们应该以“彼此恒定的强度比”并同相存在。I(t)=sin(t)cB(t)=cos(t)cI(t)B(t)

注意:常数是因为公式也依赖于其他事物,这些事物现在不相关并且在特定情况下是常数c

在此处输入图片说明

您已经可以看到那些功能不是同步的。它们彼此之间的比例也不恒定。通过绘制可以看到:f(t)=sin(t)cos(t)=tan(t)

在此处输入图片说明

因此,不,变压器不会辐射电磁辐射。这些波彼此之间的强度不是恒定的比率,也不是同相的。您在前面的问题中使用变压器进行的测试仅基于磁场。

拾取磁性之间的这种差异和磁辐射被称为之间的差近场和远场

摘要

您的实验与广播无关的主要原因有两个。首先是频率错误。第二个问题是带有交流电流的线圈不提供电磁辐射。

参考


这一切都很难过。每隔一次需要外行解释时,答案将包含数以百万计的具有三角函数的图。我坚信不应该这样。
Sharptooth 2013年

@sharptooth你是对的。我认为skyler能够理解这一点,但是我在答案的顶部添加了一些外行的解释。

您确定@OlinLathrop吗?维基百科和我的物理学书显示出不同。我认为,这两个领域应该有一个固定的比率,而异相不可能发生。一个场是水平的,另一个场是垂直的,有一个90度角-该图试图显示三个维度。

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@OlinLathrop好点。我遵循您的逻辑,但是无法找到两个字段异相的图表。我没有答案的知识,所以我问了一个问题:electronics.stackexchange.com/q/64519/17592

@Kortuk hmm,那么麦克斯韦方程式呢?另外,您可以考虑回答electronics.stackexchange.com/q/64519/17592 :)

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50 / 60Hz变压器耦合不是RF,因为它通过所谓的“近场”中的无功场耦合来工作。这是维基百科上近场和远场的图片:-

在此处输入图片说明

在大约天线的波长(或您用来耦合能量的频率)下,近场变成远场。远场被视为“适当的RF”,并且能够随着其辐射随着距离的平方而减小而传播。

现在考虑一个50Hz的变压器-波长为6,000 km-近场电磁耦合将在1000m处工作-否。不是射频


有趣的讨论。我以较低的频率(例如472kHz火腿频带)描绘了调谐环形天线。然后,远场发生在较大的物理距离处。在100m或更近的距离处,您处于菲涅耳或电抗区,而在此处盘绕另一根天线就像是一个非常松散耦合的变压器的次级线圈,但是距离几英里(或数千英里)的观察者会说您有天线而不是变压器。对于高频而言,这种过渡在人类看来非常靠近天线,几乎没有关系。
user103218

在该频率下,使用适当大小的调谐环形天线,它产生的电场几乎很少,并且发射天线也很糟糕,但是由于它在将磁场转换为电压方面表现出色,因此可以成为出色的接收器。作为接收器,除非它是标签类型的应用程序,否则它处于远场。
安迪(aka Andy)

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我认为您已经从上一句话中大致了解了。不断变化的磁场场与无线电场不同。

真正的广播正在传播能源。您可以认为能量是绑在E(电场)和B(磁场)之间的特定舞蹈中。两者以正确的方式一起振荡,使能量以光速通过自由空间传播。可见光就是一个例子。它只是大光谱的一小部分,下降到(但不是直流)到伽玛射线和宇宙射线。常见的AM无线电频率约为1 MHz,波长为300米。常见的FM频率大约高100倍,因此波长短100倍,所以100 MHz和3米。WiFi的工作频率约为2.4 GHz,波长为125毫米。有几十毫米波长的微波,机场用来在您的衣服下面看的“太赫兹”辐射,红外线,可见光(大约500 nm),紫外线,X射线,伽玛射线等等。除了振荡频率,所有这些都是完全相同的。由于它们在自由空间中以相同的光速传播,因此您也可以通过它们的波长来表征它们。

E和B字段也都可以支持非传播字段。将一些电线缠在钢螺栓或铁氧体棒上,打开电流,然后产生磁场。铁磁性材料(如钢)将被此电磁体吸引。但是,请注意,此字段的能量不会发送到任何地方。磁场存在于电磁体周围,并随距离迅速衰减。您甚至可以通过使用交流电流驱动电磁体来随时间改变磁场,然后使附近的另一个电磁体反向工作,以根据变化的磁场在其导线中产生电信号。实际上,这是变压器工作方式的基础。是的,您可以通过这种方式传输信号甚至更大的功率,但这不是无线电。例如,没有办法布置一堆电磁体,以使B场干扰光束在特定的方向上辐射出去。您可以在本地对场进行整形,并且该场在理论上确实以光速扩展到无穷大,但与发送无线电波(或光束,雷达光束等)。

就像可以制作B场设备一样,您也可以创建静电场。就像来自电磁体的磁场一样,可以局部检测该电场,并在近距离处传输大量功率。但是同样,该领域的能量并没有被“发送”到任何地方。要使能量真正真正地辐射出去,只需要B场和E场之间正确的相互作用,我们称之为电磁辐射。我们经常会有些草率,并且将任何无线电称为“ RF”。RF实际上代表射频,但是我们经常用它来表示任何形式的无线电。


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维基

射频(RF)是大约3 kHz至300 GHz范围内的振荡速率,它对应于无线电波的频率以及承载无线电信号的交流电。

为什么是3KHz,而不是2.9 KHz? 约定

事实是电磁辐射可以在任何频率下发生,例如ELF频谱是从3 Hz到300 Hz,但是EM辐射不一定是RF

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