Электромагнитное излучение (мифы и реальность)

[Варяг]

Современная ЭД (та, которая создана Максвеллом и была дополнена и усовершенствована его последующими продолжателями) утверждает, что ускоренное движение заряженных частиц, например, электронов, приводит к возникновению ЭМВ.
Когда мы рассматриваем переменные токи (именно эта переменность и является причиной ускоренного движения электрона) в материальных средах (проводниках всякого рода, металлах, газах, электролитах), то никакого явного противоречия с вышеизложенным утверждением современной ЭД не наблюдается. Но совсем иначе обстоит дело с токами в вакууме. Ни один ЭВП (электровакуумный прибор не является источником ЭМ излучений, но в то же время именно эти приборы стали первыми применяться для генерации ЭМВ.
Парадоксальная для неискушённого человека ситуация: ЭВП - способен генерировать ЭМВ, а сам этих волн не излучает!
Всё дело в том, что переменные токи генерируемые и усиливаемые эти приборами возбуждают ЭМ-колебания в колебательных системах, а не излучают сами ЭМВ.
В обычных электронных устройствах радиодиапазона с длинной волн от тысяч метров до единиц метров, колебательной системой является LC-контур, с которого производится съём энергии ЭМ-колебаний, которые посредством фидера подводятся к антенне, именно антенна и является тем устройством, которое излучает ЭМВ.
Для генерации ЭМВ в диапазоне от единиц дециметров до единиц сантиметров используются другие ЭВП: клистроны и магнетроны, в коих электроны не излучают ЭМВ в пролётном пространстве, а служат средством для возбуждения ЭМ-колебаний в резонаторах, по сути тех же самых LC-контурах, что и для метрового диапазона радиоволн.
Ни в одном ЭВП не производятся съём энергии ЭМ-колебаний с электронов, движущихся в промежутке катод-анод, что свидельствует о том что они там не излучают ЭМВ.
В эксперименте на синхротроне Калтех'а, проведённом в начале 60-х годов 20-го века в США, излучения от электронов, на ожидаемой частоте 15 мгц, обнаружено не было. Эта частота была выбрана исходя из циклической частоты (диаметр синхротрона 6,6 м, скорость электронов ~с, т.е. 300000 км/сек). Но никакой информации о том, были ли попытки обнаружить излучение на частотах выше 15 мгц, у Фейнмана ничего не говорится.
Поскольку аппаратура для обнаружения ЭМ-излучения была настроена на обнаружение излучения на частоте 15 Мгц, а излучение было зафиксировано только тогда, когда электроны были разогнаны до релятивистских скоростей, и не на длине волны 20м, и экспериментаторы увидели свет, длина волны которого ~0,5 мм, то поскольку у них не было аппаратуры для обнаружения излучения во всём диапазоне волн от 20м до 0,5 мм, нельзя сделать однозначный вывод о том, что излучают только релятивистские электроны.
С другой стороны, в обычных ЭВП электроны могут двигаться в широком диапазоне ускорений (напряжение на аноде ЭВП может изменяться от единиц вольт до нескольких тысяч вольт, расстояния между катодом и анодом могут лежать в диапазоне от долей сантиметра, до десятков сантиметров), но никакого излучения в электростатическом поле они не создают (никто так и не смог привести ссылки на эксперимент, подтверждающий, что движущиеся в вакууме, в электростатическом поле, с ускорением электроны, излучают ЭМВ.
Обращаюсь с огромной просьбой ко всем участникам и посетителям форума: Если Вам известны экспериментальные факты, когда движущиеся в вакууме, с ускорением электроны, порождают ЭМВ, то, пожалуйста, изложите их здесь.
С уважением, Варяг.

[e2e4]

1. Электронно-вакуумная лампа - техническое изделие, в задачи которого не ставится излучать что-либо в окружающее пространство, в отличие от антенны. Поэтому она изготавливается с таким расчетом, чтобы как можно более уменьшить данное излучение, и, следовательно, увеличить ее КПД.
2. Электронный пучок в лампе имеет постоянную скорость (может, около анода и катода он и меняет ее, но это происходит на очень маленьком промежутке его движения) - по лампе течет постоянный ток. Соответственно, этот ток порождает постоянное магнитное поле, которое можно обнаружить с помощью магнитной стрелки компаса. То же относится и к p-n переходу полупроводника.
Движущийся электрон порождает электро-магнитное поле вне зависимости от среды, в которой он движется.

[Варяг]

e2e4 писал(а):

1. Электронно-вакуумная лампа - техническое изделие, в задачи которого не ставится излучать что-либо в окружающее пространство, в отличие от антенны. Поэтому она изготавливается с таким расчетом, чтобы как можно более уменьшить данное излучение, и, следовательно, увеличить ее КПД..

Какие конкретно технические решения позволяют свести к минимуму потери на излучение в ЭВП?

e2e4 писал(а):

2. Электронный пучок в лампе имеет постоянную скорость (может, около анода и катода он и меняет ее, но это происходит на очень маленьком промежутке его движения) - по лампе течет постоянный ток. Соответственно, этот ток порождает постоянное магнитное поле, которое можно обнаружить с помощью магнитной стрелки компаса. То же относится и к p-n переходу полупроводника.

Постоянную скорость при переменном напряжении на на аноде, например, в кенотроне?!

e2e4 писал(а):

Движущийся электрон порождает электро-магнитное поле вне зависимости от среды, в которой он движется.

Ссылочку дайте, пожалуйста, на эксперимент, который подтверждает Ваше утверждение для прямолинейно движущихся в вакууме электронов.

[e2e4]

Цитата:

Какие конкретно технические решения позволяют свести к минимуму потери на излучение в ЭВП?

Экранирование, фокусировка электронного пучка...

Цитата:

Постоянную скорость при переменном напряжении на на аноде, например, в кенотроне?!

Если скорость переменная, то создается переменное электро-магнитное поле.

Цитата:

Ссылочку дайте, пожалуйста, на эксперимент, который подтверждает Ваше утверждение для прямолинейно движущихся в вакууме электронов.

А вот ссылочки дать не могу. Попробуйте погуглить, или обратиться к научной лит-ре, уверен - этот вопрос всестронне исследован. Попробуйте обратиться к старым книгам по ламповым усилителям, почитайте, были ли от данных усилителей радиочастотные помехи и как с ними боролись. Соберите в конце-концов сами схему, попробуйте "поймать" излучение.

Обращаю ваше внимание, что в вашей фразе

Цитата:

Ни в одном ЭВП не производятся съём энергии ЭМ-колебаний с электронов, движущихся в промежутке катод-анод, что свидельствует о том что они там не излучают ЭМВ.

Сделан нелогичный вывод.

[Варяг]

e2e4 писал(а):

Цитата:

Какие конкретно технические решения позволяют свести к минимуму потери на излучение в ЭВП?

Экранирование, фокусировка электронного пучка...

Ни экранирование, ни фокусировка не предназначены для уменьшения потерь на излучение в ЭВП. Вам должно быть известно, что металлы (экраны изготавливаются из металлов), помещённые в переменное магнитное поле, подвергаются нагреву, следовательно, такие потери не восполняют энергии, якобы, излучаемой электронами в пролётном пространстве ЭВП, а она безвозвратно рассеивается в окружающем пространстве. Фокусировка же применяется для формирования тонкого электронного пучка в ЭЛТ.

Цитата:

Постоянную скорость при переменном напряжении на на аноде, например, в кенотроне?!
Если скорость переменная, то создается переменное электро-магнитное поле.

Т.е., по вашему, кенотроны излучают ЭМВ?
Ссылочку приведите, плз.

Цитата:

Ссылочку дайте, пожалуйста, на эксперимент, который подтверждает Ваше утверждение для прямолинейно движущихся в вакууме электронов.
А вот ссылочки дать не могу. Попробуйте погуглить, или обратиться к научной лит-ре, уверен - этот вопрос всестронне исследован. Попробуйте обратиться к старым книгам по ламповым усилителям, почитайте, были ли от данных усилителей радиочастотные помехи и как с ними боролись. Соберите в конце-концов сами схему, попробуйте "поймать" излучение.

Я такую ссылку искал два года, но не нашёл.
Ежели вы так уверены в том, что этот вопрос всесторонне исследован, то у вас не должно возникнуть затруднений с поиском ссылки. До того, как вы такую ссылку не найдёте, убедительно прошу не беспокоить.


Обращаю ваше внимание, что в вашей фразе

Цитата:

Ни в одном ЭВП не производятся съём энергии ЭМ-колебаний с электронов, движущихся в промежутке катод-анод, что свидельствует о том что они там не излучают ЭМВ.

Сделан нелогичный вывод.[/quote]

см. выше, вами же сказанное, по поводу минимизации потерь на излучение.

[e2e4]

Цитата:

До того, как вы такую ссылку не найдёте, убедительно прошу не беспокоить.

Ссылок искать не буду, поэтому больше вас беспокоить своими рассуждениями не буду

[Варяг]

О том, что нерелятивистские, да и релятивистские электроны, движущиеся в свободном пространстве, не излучают в радиодиапазоне, говорится в монографии:
Авторы: К. Кодлинr, В. Гудат, Э. Кох, А. Котани, К. Кунц,
Д. Линч, Э. Роу, Б. Зоннтаг, И. Тойозава

Коллективная монография, вышедшая в 1979 r. в серии «Проблемы современной физики», т. 10 и представляющая собой сборник статей зарубежных авторов (ФРГ, США, Англия, Япония) по основным вопросам применения синхротронного излучения (СИ) в современных экспериментах, главным образом в спектроскопии.
Описываются свойства СИ, накопители электронов, источники СИ, оборудование и приборы в каналах СИ, дается теоретическое введение в спектроскопию глубоких уровней, рассматриваются ультрафиолетовая и мягкая рентгеновская спектроскопии атомов, молекул и твердых тел.

Для научных работников, инженеров, аспирантов и студентов.
монография
Вот что написано на 12 странице этой монографии:
"Однако Блюит безуспешно искал излучение в микроволновой области".
Как объяснить этот факт с позиции современной ЭД, ведь и по Максвеллу и по Л-Л они должны излучать именно в радиодиапазоне?

[Developer]

Ab ovo...
Уважаемый Варяг!
Коль скоро Вас интересует электродинамика, в рамках которой может описываться излучение радиоволн, давайте попробуем вместе с Вами посмотреть на явление несколько иначе.
Если я ошибусь, меня поправят...
Я ещё раз напомню, что всем известные уравнения Максвелла в их современной дифференциальной форме записи отражают в правой части уравнений источники, причины электромагнитных явлений, то есть изменяющиеся в пространстве и времени электрические заряды и токи (проводимости и смещения), а в левой части уравнений Максвелла записаны следствия этих причин в виде напряжённостей электрического и магнитного полей.
Но, чтобы увидеть эти следствия, уравнения должны быть решены для конкретных граничных и начальных условий, с учётом среды, в которой расположены и изменяются источники.
Иногда в уравнения вводят некоторые дополнительные члены типа "магнитных зарядов" и "магнитных токов", которые придают уравнениям характер симметризации и позволяют легко получить решение для второй компоненты поля, если найдено решение для первой.

Но, вот, что вызывает иногда сомнение...
Я, пожалуй, с Вами соглашусь, что устоявшееся мнение о том, что, покинув источник, электромагнитная волна уносится от него со скоростью света, а в ней происходят взаимные превращения магнитной компоненты поля в электрическую и обратно не всегда может быть сходу понятно.
На это указывает и поперечный характер колебаний векторов электрического и магнитного поля в плоской волне, и простое формальное рассмотрение уравнений для волны в отсутствие зарядов и токов. Попробуйте применить уравнения поля для рассмотрения поведения векторов для полей: и электрическое поле, и магнитное поле в волне с неизбежностью должны иметь соленоидальный, вихревой характер.
А так ли это?

Теперь об излучении зарядами в радиодиапазоне.
Так ведь космическое излучение от заряженных частиц нашего солнышка точнёхонько в радиодиапазоне обнаруживается. Хотите, я Вам приведу несколько ссылок на это?

[Варяг]

Developer писал(а):

Теперь об излучении зарядами в радиодиапазоне.
Так ведь космическое излучение от заряженных частиц нашего солнышка точнёхонько в радиодиапазоне обнаруживается. Хотите, я Вам приведу несколько ссылок на это?

Нет! Не хочу, поскольку речь идёт об обнаружении ЭМ-излучения, движущимися с ускорением, либо торможением зарядов в СВОБОДНОМ пространстве.
По Вашему атмосфера Солнца, которая излучает ЭМВ в радиодиапазоне, и не только в нём, является свободным пространством?
Убедительно прошу Вас привести ссылку на эксперимент, в котором прямолинейно движущиеся в СВОБОДНОМ пространстве (вакууме) с ускорением либо торможением электроны, излучали бы ЭМВ.

[Developer]

Да, ради бога, погодите, не будем торопиться!
Речь идёт не об излучении световых электромагнитных волн поверхностью Солнца, то есть солнечной короной, а я говорю об излучении в радиодиапазоне заряженными частицами (электронами, протонами, позитронами, мезонами и другими заряженными частицами) в околоземном пространстве при их торможении по различным причинам.
Вот именно этот феномен можно рассматривать как экспериментальное доказательство, которого Вы добиваетесь?
Если это так, и Вы согласны рассмотреть мою аргументацию, я попробую развить это подробнее...

[Варяг]

Developer писал(а):

Да, ради бога, погодите, не будем торопиться!
Речь идёт не об излучении световых электромагнитных волн поверхностью Солнца, то есть солнечной короной, а я говорю об излучении в радиодиапазоне заряженными частицами (электронами, протонами, позитронами, мезонами и другими заряженными частицами) в околоземном пространстве при их торможении по различным причинам.
Вот именно этот феномен можно рассматривать как экспериментальное доказательство, которого Вы добиваетесь?
Если это так, и Вы согласны рассмотреть мою аргументацию, я попробую развить это подробнее...

Единственное что я хочу получить от Вас, так это ссылку на эксперимент, подтверждающий, что прямолинейно движущиеся в свободном пространстве с ускорением, либо торможением электроны, излучают ЭМВ!
Вы же, ничтоже сумняшеся, приводите в качестве доказательства нечто не имеющее к моей просьбе никакого отношения. По Вашему атмосфера Земли, в которой тормозятся заряженные частицы, это и есть свободное пространство?
Как Вы объясните, что полярные сияния наблюдаются только в атмосфере, хоть и сильно разреженной, но никогда и никем не наблюдались в безвоздушном пространстве, например, на высотах 100-200 км и выше, там где пролегают трассы ИСЗ?
Ещё раз повторяю: приведите, плз, ссылку на эксперимент, которую я просил у Вас уже неоднократно!

[Developer]

Так, вроде бы я и пытался неоднократно объяснить свою точку зрения примерами торможения и сопутствующего излучения электронов
- при налетании на анод рентгеновской трубки, когда возникает мягкое рентгеновское излучение, тормозное, "белый спектр",
- в лучевом тетроде, при этом возникает излучение в синем и ультрафиолетовом диапазоне спектра, тоже тормозное, но в электрическом поле,
- в околоземном пространстве, и не обязательно на молекулах воздуха, когда возникает излучение в радиодиапазоне,
- в определённом участке синхротрона или циклотрона, когда появляется синхротронное излучение (здесь есть одна особенность, которую почему-то при упоминании синхротронного излучения обходят стороной, - чтобы обеспечить попадание электронов на мишень, нужно отключить магнитное поле, для исключения действия силы Лоренца, и если в это время, двигаясь прямолинейно, пучок попадёт в тормозящее электрическое поле, то и возникнет синхротронное излучение ).

Наконец, я Вам говорил о том, что полярные сияния не есть результат излучения заряженными частицами, а есть проявление излучения возбуждёнными атомами и молекулами и возбуждёнными ионами ионосферы Земли.
Эти излучения, полярные сияния на больших высотах не проявляются в должной мере из-за низкой концентрации разреженного газа. А мгновенные перемещения границ и рисунка полярных сияний объясняются огромными скоростями налетающих в магнитное поле Земли заряженных космических частиц, возбуждающих нейтралы и ионизованные молекулы.

Давайте, если не возражаете, мы с Вами поочерёдно пункт за пунктом в данном ответе рассмотрим слабость моей аргументации, а я буду приводить дополнительные доводы, не опираясь на понятия квантовой механики и ничего якобы не подозревая о постоянной Планка...

А вдруг и другим участникам форума это покажется интересным...

[Варяг]

Developer писал(а):

Так, вроде бы я и пытался неоднократно объяснить свою точку зрения примерами торможения и сопутствующего излучения электронов
- при налетании на анод рентгеновской трубки, когда возникает мягкое рентгеновское излучение, тормозное, "белый спектр"

По Вашему торможение в веществе (на аноде) это и есть торможение в свободном пространстве?
Я Вам уже приводил примеры того тормозное излучение возникает в результате бомбардировки атомов и молекул вещества, т.е. оно этим веществом и порождается.
Свечение люминофорного покрытия экрана Вашего монитора является ярким примером того что излучает вещество подвергшееся бомбардировке электронами, а не электроны тормозящиеся в этом веществе. Цвет свечения люминофора зависит только от его химической природы и поэтому является неоспоримым свидельством того что излучают атомы и молекулы бомбардируемые электронами.

Developer писал(а):

- в лучевом тетроде, при этом возникает излучение в синем и ультрафиолетовом диапазоне спектра, тоже тормозное, но в электрическом поле,

Вам уже говорилось что это свечение вызвано бомбардировкой электронами стеклянного баллона ЭВП.

Developer писал(а):

- в околоземном пространстве, и не обязательно на молекулах воздуха, когда возникает излучение в радиодиапазоне,

Вы можете доказать, что движение заряженных частиц в околоземном пространстве является прямолинейным, а их траектория не искривляется под действием магнитного поля Земли?

Developer писал(а):

- в определённом участке синхротрона или циклотрона, когда появляется синхротронное излучение (здесь есть одна особенность, которую почему-то при упоминании синхротронного излучения обходят стороной, - чтобы обеспечить попадание электронов на мишень, нужно отключить магнитное поле, для исключения действия силы Лоренца, и если в это время, двигаясь прямолинейно, пучок попадёт в тормозящее электрическое поле, то и возникнет синхротронное излучение ).

Да будет Вам известно, что синхротронное излучение возникает только у релятивистских электронов и только на участке разгона, в свободном пространстве, но не при торможении на мишени.

Developer писал(а):

Наконец, я Вам говорил о том, что полярные сияния не есть результат излучения заряженными частицами, а есть проявление излучения возбуждёнными атомами и молекулами и возбуждёнными ионами ионосферы Земли.
Эти излучения, полярные сияния на больших высотах не проявляются в должной мере из-за низкой концентрации разреженного газа. А мгновенные перемещения границ и рисунка полярных сияний объясняются огромными скоростями налетающих в магнитное поле Земли заряженных космических частиц, возбуждающих нейтралы и ионизованные молекулы.
Давайте, если не возражаете, мы с Вами поочерёдно пункт за пунктом в данном ответе рассмотрим слабость моей аргументации, а я буду приводить дополнительные доводы, не опираясь на понятия квантовой механики и ничего якобы не подозревая о постоянной Планка...

Прошу Вас, не ставьте рядом со словом квантовая слово механика.
Раздел физики, в коем отсутствуют понятия силы и траектории не имеет никакого права называться механикой.
Это Вы заявили, что излучение в радиодиапазоне возникает именно при торможении заряженных частиц.
На мой взгляд, излучение в радиодиапазоне, наблюдаемое (с Ваших слов) в атмосфере Земли, вполне может быть обусловлено действием электрического поля Солнца на атмосферу Земли, т.е. нельзя исключить того, что в радиодиапазоне излучают атомы и молекулы атмосферы, подвергшиеся действию электрического поля Солнца.

Разве эксперимент на синхротроне Калтех'а, когда ожидавшееся по максвелловской теории излучение на частоте 15 мгц так и не было обнаружено, не является доказательством того, что движущиеся в свободном пространстве нерелятивистские электроны не излучают ЭМВ?
Все условия в эксперименте соблюдены, а излучения-то нет!

Developer писал(а):

А вдруг и другим участникам форума это покажется интересным...

Надеюсь.
Также надеюсь получить от Вас долгожданную ссылку.

[Developer]

Как локомотив, трогающий тяжёлый состав, сначала резко даёт задний ход, сдвигая вагоны и ослабляя натяжение сцепки между ними, а потом вагон за вагоном, не торопясь, тянет за собой, так и я...
Начну с тормозного излучения электронов на мишени.
Поправьте, если я ошибусь...
Поперечник электрона $10^{-13} m$, а поперечник атома $10^{-10} m$.
Никто не правит, придётся самому: "поперечник и электрона, и ядра атома порядка" $10^{-15} m$.
Влетая на мишень анода, электрон фактически попадает в "пустое пространство", в котором на него в основном действует кулоновское поле ядра и электроных оболочек атома . Я не буду рассматривать траектории, писать формулы типа Резерфордовых и т.п., это для получения качественных представлений излишне.
Меня интересует только излучение, которое будет вызвано потерей энергии электроном при торможении в материале анода, а именно частота этого излучения.
Из радиофизики, из физики столкновений и иных взаимодействий известно, что частота излучения и характерное время взаимодействия могут быть связаны вот таким простым образом: $\omega \tau \sim 1$.
Время столкновения электрона с материалом анода (торможения электрона в кулоновском поле материала анода) легко оценивается из скорости налетающего на мишень электрона и характерного расстояния между узлами в металле.
То есть для ускоряющего напряжения на аноде 1000 В частота излучения аккурат ложится в диапазон мягкого рентгеновского излучения.
А поскольку электроны имеют распределение по энергиям и поскольку времена их взаимодействия с материалом мишени тоже имеют какое-то распределение, результатом всего взаимодействия и будет излучение в достаточно широком диапазоне рентгеновского спектра, верхнюю границу которого можно оценить по приведённой формуле...

[Варяг]

Developer писал(а):

Влетая на мишень анода, электрон фактически попадает в "пустое пространство", в котором на него в основном действует кулоновское поле ядра и электроных оболочек атома . Я не буду рассматривать траектории, писать формулы типа Резерфордовых и т.п., это для получения качественных представлений излишне.

Рассмотрим пример когда излучение возникает в результате т.н. ударной люминесценции:
Такое излучение возникает при резких (ударных) механических воздействиях на вещество. Перед глазами до сих пор стоит картинка из телевизионной передачи о животных.
В ней был сюжет о том, как крабы добывают пищу, атакуя моллюска резким ударом своей клешни, в результате этого стремительного удара, раковина моллюска разрушается. А сам удар сопровождается яркой вспышкой света!
Электроны, бомбардирующие вещество подобно клешне краба, ударяющей по раковине моллюска, возбуждают атомы анода, которые и излучают в тепловом и самом начале видимой областей спектра.
Я же Вас спрашиваю об излучении тормозящимися в СВОБОДНОМ пространстве электронами!
Разве электрическое поле анода, к которому приложен отрицательный потенциал, как в кенотроне, не будет тормозить электроны?
Так почему же ни в кенотроне, ни в ускорителе заряженных частиц нерелятивистские электроны не излучают? По современной теории должны, а не излучают!

В очередной раз прошу привести ссылку на эксперимент, подтверждающий, что прямолинейно движущиеся с ускорением или торможением в СВОБОДНОМ пространстве электроны излучают ЭМВ.