Fysieke manifestatie em golven

bart.verkeyn

Kan iemand me uitleggen hoe een EM golf er nu eigenlijk uitziet? Ik weet dat dit op papier telkens voorgesteld wordt door een sinusfunctie, maar ik kan me moeilijk inbeelden dat dit ook de fysieke manifestatie van die golf voorsteld.

als je dus bvb een signaal hebt dat op een draaggolf gezet wordt. Dat signaal wordt via een antenna uitgestuurd en wordt dan aan de andere opgevangen door opnieuw een antenna, maar wat de fysieke manifestatie hiertussen in is .........

317070

Hoe concreet wil je het hebben? Om te zien wat er echt gebeurt, moet je eigenlijk in een 3D-ruimte op ieder punt 2 vectoren tekenen, namelijk die van het elektrisch veld en het magnetisch veld. Dat ziet er nogal complex uit (en ik kon eigenlijk nergens iets vinden op het internet...)

bart.verkeyn

Ik zou het toch redelijk concreet willen zien.

Ik kreeg dit antwoord van mijn oude DSP docent.

"

Elektromagnetische golven worden beschreven door wat men noemt een golfvergelijking. Deze is afgeleid uit de wetten van Maxwell, die de basis vormen voor verschijnselen voortvloeiend uit elektrische en magnetische velden.

Objecten die zich aan een zerkere snelheid bewegen doen dit op een sinusvormige baan. Bijvoorbeeld ook een baseball die met voldoende snelheid wordt weggeslagen. Deze sinusvormige baan is echter moeilijk waarneembaar, maar is theoretisch aanwezig.

Elektromagnetische golven gaan zich ook volgens een sinusvormige baan voorplanten.

Veel ligt natuurlijk ook aan de manier waarop het te versturen signaal wordt opgewekt. Om een elektromagnetische golf tussen twee antennes te kunnen versturen heeft deze golf een zekere frequentie nodig. Dit wil zeggen dat de amplitude van het signaal voldoende snel moet veranderen om verzendbaar te zijn. Deze veranderingen zijn meestal sinusvormig van aard. Zelfs al wordt bijvoorbeeld een blokgolf opgewekt, dan nog kan deze blokgolf aanzien worden als een som van samenstellende sinussen. (zie Fouriertheorie)

"

Maar hieruit kan ik jammergenoeg nog niets opmaken....

eendavid

Een 3D visualisatie zoals deze (of waarschijnlijk tientallen andere) is toch vrij concreet? Je moet je enkel nog voorstellen dat zowel het elektrische als het magnetische veld hetzelfde blijven in een vlak parallel met het yz-vlak. Natuurlijk is dit de geïdealiseerde vlakke golf, niet het em signaal uitgezonden door een antenne. Dat zal voor elke antenne anders zijn, maar daarvoor kan je googlen op 'antenna radiation pattern'.

317070

bart.verkeyn schreef:Objecten die zich aan een zerkere snelheid bewegen doen dit op een sinusvormige baan. Bijvoorbeeld ook een baseball die met voldoende snelheid wordt weggeslagen. Deze sinusvormige baan is echter moeilijk waarneembaar, maar is theoretisch aanwezig.

Elektromagnetische golven gaan zich ook volgens een sinusvormige baan voorplanten.

Ow, hier gaat hij nochtans serieus de mist in, er is helemaal geen sinusvormige baan, die golven gaan gewoon rechtdoor

net zoals die baseball...

In ieder geval, hetgeen waar je volgens mij nog het best een beeld mee kunt vormen, is door een circulair gepolariseerde golf te bekijken:

Afbeelding

Wat er gebeurt bij de antenne van de zender is dat er een veranderend elektrisch veld wordt aangelegd. (de eerste pijl) eenvoudig gezegd verplaatst dit elektrische veld zich dan met de lichtsnelheid door de ruimte.

Concreet. Stel je 1 lijn voor. Aan het begin van die lijn kies je een punt, daar staat de antenne. Op dat punt leg je een elektrisch veld aan. (Je verplaatst het punt dus niet ofzo) Dat veld in het punt stel je voor door een pijl. Als je het elektrische veld op een punt wat verder op de lijn wil kennen, kun je kijken op de animatie wat er gebeurt. Het elektrische veld heeft zich verplaatst naar je punt wat verder op de lijn. Dat punt zelf verplaatst ook niet ofzo, dat wil die pijl niet zeggen, neen, in dat punt is er een elektrisch veld, en dat veld wijst een bepaalde richting uit.

Stel nu dat je op dat tweede punt ook een antenne plaatst, een ontvangende antenne. Over die antenne komt dus dat elektrisch veld te staan, dit veroorzaakt dus een spanning, en die kun je verder gebruiken in je circuit.

bart.verkeyn

Ik ben al ietwat mee met je uiteenzetting. Heel erg bedankt hiervoor. Je bent de eerste persoon die concreet op mijn vraag kan antwoorden zonder rond de pot te draaien. Ik snap wel nog niet goed het concept van een elektrisch veld.

Is dit het gebied waarin een elektrische lading van een elektron kan overgedragen worden ?

317070

Is dit het gebied waarin een elektrische lading van een elektron kan overgedragen worden ?

Mmmnneeee, maar nu ben je het jezelf moeilijk aan het maken door het in termen van elektronen te willen zien. Om eerlijk te zijn heb ik zelf geen flauw idee wat de uitleg in termen van elektronen precies is(want die gaat een stuk moeilijker te visualiseren zijn), maar dat is ook totaal niet nodig. Elektronen heb je nodig als je wil denken over atomen, of quantummechanica, of halfgeleiders, of andere minuscule, kleine dingen. Dit is hier niet het geval.

Misschien kun je eens aangeven wat je achtergrond is en/of ken je (veel) van elektrotechniek?

Indien niet, dan kun je het elektrisch veld misschien beter voorstellen als een soort van magnetisch veld. Als je een magneet aan de tafel plakt, en een andere magneet er bij houdt, dan wordt die andere magneet in een bepaalde richting geduwd. De richting van die kracht is de richting van je pijl, en de grootte van de kracht is de lengte van je pijl. (a.k.a. een vector)

Welnu, het elektrisch veld is ook zo, het is gewoon altijd in alle punten van de ruimte aanwezig, al is ze meestal nul. Wat de pijl dan wil zeggen is, MOEST er een lading zijn op het vertrekpunt van de pijl, DAN zou de lading een kracht voelen in de richting van de pijl.

Conclusie: als je elektrische veld toekomt op je ontvangende antenne, worden alle ladingen(=elektronen) dus in een bepaalde richting geduwd. Ze bewegen dus, ze zorgen voor stroom, en die stroom kun je dan verder verwerken in je netwerk.

Wees er je wel van bewust dat dit een Jip-en-Janneke uitleg blijft, maar ik geef liever uitleg zolang je de juiste vragen blijft stellen. Soms is het beter om dingen die je gewoon aanvaardt niet te gaan uitleggen, ook al weet je niet dat er nog een diepere reden achter zit. Blijf dus gerust doorvragen.

bart.verkeyn

Mijn kennis van elektronica en elektriciteit is zeert beperkt. In het middelbaar onderwijs heb ik wetenschappen gedaan en in het hoger onderwijs MCT. Nu ben ik netwerkbeheerder. Ik heb altijd een interesse gehad voor deze zaken, maar heb hier nooit een deftige docent gehad die mij hierin verder kon stimuleren. Nu ben ik vooral bezig met draadloze netwerken en wil graag tot de kern van het gebeuren doordringen.. Nu heb ik ondertussen wat opgezocht ivm de wet van coulumb en micheal faraday's visie op het elektrisch veld en snap het nu al een beetje.

Zo heb ik vernomen dat elektronen een negatieve lading hebben en protonen een positieve lading die beide altijd een bepaalde waarde bedragen nl 1.6 x 10^-19 en dat de wet van coulomb de kracht berekent tussen twee puntladingen. Een deeltje (atoom) heeft een positieve lading als er elektronen van weggenomen zijn en een negatieve lading als er elektronen bijgekomen zijn. Faraday beweerde dat er rond iedere geladen deeltje zich een veld bevond die andere deeltjes ofwel aantrekt of afstoot. Mijn eerste vraag is nu of een deeltje in elektrische balans een lading heeft en dus een elektrisch veld ?

De sterkte van dit elektrisch veld is afhankelijk van het aantal geladen deeltjes. Hoe meer geladen deeltjes hoe groter het elektrisch veld en hoe sterker de afstotings of aantrekkingskracht.

Ik snap dus dat ze het aantal geladen deeltjes in de antenna telkens verhogen of verlagen om een bepaalde wisselende veldsterkte te genereren. Welke deeltjes zitten dan in de andere antenna? Als deze aangetrokken worden tot het elektrisch veld dan zal er toch niet veel stroom vloeien ?

Het concept van elektriciteit is het vloeien van elektronen van een negatief geladen bron naar een positief geladen bron. Maar wat komt de frequentie van het elektrisch signaal hier bij zien? Ik snap niet goed hoe ik de frequentie kan plaatsen. Is dit de snelheid waaraan het elektrisch signaal gecreëerd wordt ? Hoe wordt dit dan op een draaggolf geplaatst ....

Alvast bedankt voor de grondige uitleg !!!!

317070

Mijn eerste vraag is nu of een deeltje in elektrische balans een lading heeft en dus een elektrisch veld ?

Hoe bedoel je? Die vraag begrijp ik niet... wat komt de elektrische balans hierbij doen? Een deeltje dat neutraal/normaal geladen is, heeft een lading=0 en een elektrisch veld=0. Veruit alle dingen in de huis-tuin-keuken wereld zijn neutraal geladen.

bart.verkeyn schreef:De sterkte van dit elektrisch veld is afhankelijk van het aantal geladen deeltjes. Hoe meer geladen deeltjes hoe groter het elektrisch veld en hoe sterker de afstotings of aantrekkingskracht.

Ik snap dus dat ze het aantal geladen deeltjes in de antenna telkens verhogen of verlagen om een bepaalde wisselende veldsterkte te genereren. Welke deeltjes zitten dan in de andere antenna? Als deze aangetrokken worden tot het elektrisch veld dan zal er toch niet veel stroom vloeien ?

Elektronen?

Ik heb je al gewaarschuwd dat nadenken in termen van elektronen/puntladingen/deeltjes het probleem alleen maar moeilijker maakt en het geen toegevoegde waarde heeft.

De enige geladen deeltjes die gebruikt worden in elektrotechniek zijn elektronen. Elektriciteit = bewegende elektronen.

En die stroom is inderdaad heel klein, maar ruim genoeg om gedetecteerd en verwerkt te worden in elektronische systemen. Voor informatieverwerking heb je niet veel stroom nodig (denk nano-ampères).

Het concept van elektriciteit is het vloeien van elektronen van een negatief geladen bron naar een positief geladen bron. Maar wat komt de frequentie van het elektrisch signaal hier bij zien? Ik snap niet goed hoe ik de frequentie kan plaatsen. Is dit de snelheid waaraan het elektrisch signaal gecreëerd wordt ? Hoe wordt dit dan op een draaggolf geplaatst ....

Mja, ben je bekend met de term wisselspanning? In feite is dit wat er gebeurt als je positief en negatief geladen bron snel met elkaar wisselt, aan een frequentie van bijvoorbeeld 50Hz voor stopcontactspanning. Dat is dan je frequentie van het elektrische veld. Je elektrische veld draait dus om van richting, 50 keer per seconde.

Als je dus met een snelheid van bijvoorbeeld 100kHz bits verstuurd, dan verander je in het elektronische circuit 100 000 keer per seconde het elektrisch veld. Je hebt dus een elektrisch veld met een blokgolf van 100kHz.

Maar als je bijvoorbeeld enkel 1-bits verstuurd, dan verandert je elektrisch veld nooit, en je hebt dus een signaal dat 0 keer per seconde verandert, 0kHz. Met je systeem kun je dus golven maken tussen de 0kHz en 100 kHz door meer of minder te veranderen tussen 0- en 1-bits.

Nu kun je met een zogenaamde mixer die frequentieband van 0kHz-100kHz verplaatsen naar bijvoorbeeld 100MHz - 100,2MHz. Het elektrische veld (=het signaal) verandert dan minimaal 100miljoen keer per seconde, en maximaal 100,2miljoen keer.

Verborgen inhoud

Je hebt nu je signaal dus gemoduleerd of op een draaggolf geplaatst van 100,1MHz. Dat elektrische veld met frequenties rond 100,1MHz wordt dan verstuurd door de verzendende antenne.

Op je ontvangende antenne komt nu een elektrisch veld toe met frequenties van 100MHz tot 100,2MHz (afhankelijk van de bits die de verzender verstuurde!) Maar dat is niet wat verstuurd is, je moet dit signaal nog gaan demoduleren, van zijn draaggolf van 100,1MHz afhalen.

Dat demoduleren gebeurt ook in een mixer, en die verplaatst de frequentieband terug naar de frequentieband tussen 0kHz en 100kHz. Hier krijg je dus terug de oorspronkelijke bitstream die de verzender verzond!

bart.verkeyn

Dankuwel voor de zeer grondige uitleg!!! Het is nu zeer duidelijk voor me geworden hoe dit juist in elkaar zit. Ik heb wel nog 2 vragen:

- Ik zit nog een beetje in de knoop met de propagatie van deze golven. Volgens mijn docent hangt de propagatie enkel af van de verzonden frequentie en niet van het frequentiebereik waarin deze golf zich bevindt. Als je dus een golf met een frequentie van 200 khz uitstuurt in het bereik 0 - 300 khz dan zou die onderhevig zijn aan dezelfde afzwakking als een golf van 200 khz in het frequentiebereik 1 mhz - 1,3 mhz. Als dit zo is dan vraag ik me af waarom gsm signalen (800-900 mhz) veel verder verstuurd kunnen worden dan bvb een wifi signaal (2,45 ghz).

- Als zich een geleider in een elektrisch veld begeeft dan worden deze elektronen toch ook beinvloed door het elektrisch veld gegenereerd door de antenna ? Is dit de reden waarom je signaal soms wegvalt als er bvb een vrachtwagen tussen de 2 gebouwen staat?

317070

- Ik zit nog een beetje in de knoop met de propagatie van deze golven. Volgens mijn docent hangt de propagatie enkel af van de verzonden frequentie en niet van het frequentiebereik waarin deze golf zich bevindt. Als je dus een golf met een frequentie van 200 khz uitstuurt in het bereik 0 - 300 khz dan zou die onderhevig zijn aan dezelfde afzwakking als een golf van 200 khz in het frequentiebereik 1 mhz - 1,3 mhz. Als dit zo is dan vraag ik me af waarom gsm signalen (800-900 mhz) veel verder verstuurd kunnen worden dan bvb een wifi signaal (2,45 ghz).

Ik snap niet goed waar de prof het over heeft. Elke frequentie gedraagt zich precies hetzelfde, of hij nu het oorspronkelijke signaal is, of een gemoduleerde variant ervan.

Ruwweg genomen propageren alle frequenties even ver door de lucht. Er zijn natuurlijk wel belangrijke invloeden.

1) sommige signalen reflecteren op onze atmosfeer, waardoor die zich ver verspreiden, zo kan

- Als zich een geleider in een elektrisch veld begeeft dan worden deze elektronen toch ook beinvloed door het elektrisch veld gegenereerd door de antenna ? Is dit de reden waarom je signaal soms wegvalt als er bvb een vrachtwagen tussen de 2 gebouwen staat?

Inderdaad. Het elektrische veld gaat in een geleider volledig omgezet worden in stroom. Het resultaat is dat een geleider voor het elektrische veld werkt als een spiegel, alle elektrische golven worden gereflecteerd. Dus kan bijvoorbeeld een vrachtwagen je volledige signaal blokkeren, maar ook het gewapend beton van een gebouw waarin je staat met je gsm zorgt dat je nauwelijks nog bereik hebt.

bart.verkeyn

Heel erg bedankt voor deze grondige uiteenzetting! Ik snap het nu volledig!

Kan u mij nog literatuur aanraden ivm dit onderwerp?

317070

Ik heb deze kennis opgepikt aan de Ugent, overheen de cursussen: communicatietheorie, datacommunicatie, informatietheorie, applied electromagnetism, fotonica en antennas and propagation.

Ik kan dus spijtig genoeg niet echt een boek aanraden dat niet te gepecialiseerd gaat zijn.

Wetenschapsforum

Laatste berichten

Nieuwsberichten

Fysieke manifestatie em golven

Fysieke manifestatie em golven

Re: Fysieke manifestatie em golven

Re: Fysieke manifestatie em golven

Re: Fysieke manifestatie em golven

Re: Fysieke manifestatie em golven

Re: Fysieke manifestatie em golven

Re: Fysieke manifestatie em golven

Re: Fysieke manifestatie em golven

Re: Fysieke manifestatie em golven

Re: Fysieke manifestatie em golven

Re: Fysieke manifestatie em golven

Re: Fysieke manifestatie em golven

Re: Fysieke manifestatie em golven