Energías transportadas por campos eléctricos y magnéticos en ondas planas

Esta es una pregunta de novato. Estoy tratando de entender lo que creo que debe ser un concepto muy básico con una respuesta obvia, pero quiero estar seguro.

¿Los campos eléctricos y magnéticos de onda plana de igual fuerza a la misma frecuencia y la misma forma de onda transportan la misma cantidad de energía?

En otras palabras, si un dipolo y una antena de cuadro de igual longitud encuentran ondas planas en el espacio libre a la misma frecuencia y con la misma forma de onda, y los niveles de potencia de la fuente de señal se ajustan de modo que el campo eléctrico al que está expuesto el dipolo sea igual en fuerza al campo magnético al que está expuesta la espira, y todas las demás variables son iguales, ¿es igual la corriente inducida en cada antena? Suponga antenas ideales que conviertan toda la energía que reciben en corriente y que no tengan otras propiedades que afecten los resultados.

Gracias, Tony. El título de mi pregunta puede ser engañoso. Actualizaré mi pregunta para reflejar lo que busco.
Una onda electromagnética que viaja en el aire o en el espacio libre tiene un campo eléctrico y otro magnético. No puede crear una onda viajera sin ambos campos. En cierto sentido, se puede pensar que ambos campos tienen la misma energía. No está claro a qué te refieres con longitud de antena. Creo que lo que realmente quiere preguntar es qué tamaño de antena de cuadro entregaría la misma potencia de señal a la carga que una antena dipolo.
Gracias, mkeith. Una vez más, mi elección de título fue mala. Acabo de actualizar tanto el título como el cuerpo de la pregunta para cambiar el enfoque de la naturaleza de las antenas a la naturaleza de los campos eléctricos y magnéticos en las ondas planas. En una onda plana en el espacio libre, la componente eléctrica es 377 veces más fuerte que el campo magnético (Z = E/H). Mi suposición, que estoy tratando de validar, es que la "intensidad de campo" es análoga a la cantidad de energía.
O tal vez la pregunta es, ¿cuál entrega más potencia al receptor, una antena de bucle circular de 1 longitud de onda o un dipolo de 1/2 longitud de onda?
Bueno, no al comparar campos eléctricos con campos magnéticos, no. En esencia, una onda EM viajera es como un circuito resonante LC. La energía se mueve de un lado a otro entre el inductor (campo H) y el capacitor (campo E). Cuando uno está al máximo, el otro está al mínimo. Entonces la energía es la misma en ambos campos.
Se agotó el tiempo de edición de mi comentario. Mi elección de título fue pobre. Actualicé tanto el título como el cuerpo para cambiar el enfoque de las antenas a los campos, que es lo que pretendía. En una onda plana en el espacio libre, el campo eléctrico es 377 veces más fuerte que el campo magnético (Z = E/H). Estoy tratando de aprender cómo se relacionan la fuerza del campo y la energía. Por longitud de antena, me refiero a longitud eléctrica; Estoy tratando de especificar que el bucle y el dipolo son igualmente sensibles a la misma frecuencia. Las intensidades de campo en las dos ejecuciones separadas se manipulan ajustando la potencia de salida de la fuente de señal.
Las unidades no significan nada. Comparar el valor numérico de un campo eléctrico con el valor numérico de un campo magnético es totalmente arbitrario. Para la misma onda, la energía del campo eléctrico en un punto determinado es la misma que la energía del campo magnético en ese mismo punto. Energía. Julios. Cualquier otra cosa es una locura.

Respuestas (2)

¿Los campos eléctricos y magnéticos de onda plana de igual fuerza a la misma frecuencia y la misma forma de onda transportan la misma cantidad de energía?

Una analogía: -

Si pongo 377 V RMS a través de una resistencia de 377 ohmios, la potencia sería V 2 / R = 377 watts y la corriente sería de 1 amp. Si calculé la potencia usando la corriente, sería I 2 R = 377 vatios.

los niveles de potencia de la fuente de señal se ajustan de modo que el campo eléctrico al que está expuesto el dipolo sea igual en fuerza al campo magnético al que está expuesto el bucle

Si ambas antenas tienen aberturas del mismo tamaño (también conocidas como área de captura) y están diseñadas para resonar en la frecuencia entrante, no es necesario realizar ningún ajuste. Uno convertirá voltios/m (campo E) y el otro convertirá amperios/m (campo H) y ambos producirán la misma salida de potencia/señal.

Gracias. Esto es exactamente lo que quería saber, pero no es la respuesta que esperaba. He estado tratando de entender lo que quiso decir un ingeniero cuando me dijo que el campo E es 377 veces más fuerte que el campo H. Dada su respuesta, todavía no estoy seguro de lo que quiso decir. Tal vez esto ayude a aclarar: supongamos que colocamos una barrera conductora muy delgada entre la fuente y las antenas receptoras que atenúa el campo E en 50 dB, pero que no atenúa el campo H. ¿Cómo afectará esto la salida de potencia/señal de las dos antenas receptoras en su respuesta anterior?
El supuesto ingeniero parece estar equivocado. Hiciste una pregunta similar ayer, así que te sugiero que hagas una nueva basada en esa pregunta. Los diagramas adecuados ayudarían.
Bien gracias. Aquí hay una cita del correo electrónico que me envió aquí en busca de respuestas: "en condiciones de campo lejano [...] el componente magnético es 377 veces más pequeño que el componente del campo eléctrico. Pero, [con una señal de alta potencia], incluso el magnético componente puede ser significativo". Tal vez lo entendí mal.
@dcorsello No creo que la persona que te envía el correo sepa mucho o esté teniendo un mal día. ¡Ambos son tan importantes como el otro!
@dcorsello: Espero que el ingeniero haya intentado decir eso |E|/|H| = 377 ohmios para espacio libre. En cualquier caso, tenga en cuenta la implicación de que en una onda viajera, los dos campos son proporcionales. Así que no puedes atenuar uno sin el otro. En el ejemplo que das, la atenuación del campo H se debe a las corrientes inducidas en el conductor delgado que producen un H opuesto.
@ GavinR.Putland, sí, se refería a la Ley de Ohm para ondas planas en el espacio libre. El problema con la forma en que lo expresó fue que me llevó a creer que los campos E y H actúan de manera independiente, de modo que si atenúas el campo E, el campo H continúa propagándose, sin verse afectado. Eventualmente entendí el hecho de que los campos E y H en una onda plana son mutuamente dependientes, en realidad se crean uno al otro. Por lo tanto, un material que tiene un desajuste de alta impedancia con el aire puede atenuar los campos E y H al reflejar el campo E, incluso si tiene una baja permeabilidad y no proporciona protección H.

Una onda electromagnética transporta energía. Esa es la 'moneda' fundamental de la física. Esta energía se transporta tanto en campos eléctricos como magnéticos.

Si medimos la amplitud de cada campo y encontramos que su relación es de 377 ohmios, esto nos dice tanto sobre las unidades específicas que hemos elegido usar para hacer la medición como sobre los campos mismos.

Puede lanzar e interceptar una onda EM con un dipolo eléctrico o un dipolo magnético. Ambos se acoplan completamente a la onda portadora de energía en el campo lejano. Son diferentes en el campo cercano, donde la componente no viajera de los campos es más cercana a la eléctrica o magnética, respectivamente.

Para cualquier configuración de antena dada, puede definir un área efectiva (a una determinada frecuencia, en una determinada dirección) que designa su acoplamiento con el campo lejano. En algunos tipos de antena, por ejemplo, un plato reflector parabólico, lo que contribuye al 'área' es obvio. En otros tipos, por ejemplo, una matriz Yagi, el 'área' aumenta a medida que se agregan más elementos en la dirección de la onda. Las diferentes configuraciones tendrán diferentes proporciones de tamaño físico a área eléctrica, es más la configuración específica que si es principalmente eléctrica o magnética lo que controla esto.

En ausencia de pérdidas, la potencia de salida de una antena es igual a la energía que intercepta de la onda. Para antenas pequeñas como un dipolo eléctrico corto o un bucle magnético de área pequeña, su impedancia terminal será alta o baja respectivamente, por lo que si se limita a medir su salida de corriente, las salidas serán diferentes. En su lugar, mida la potencia de salida en una impedancia adaptada.

Energías transportadas por campos eléctricos y magnéticos en ondas planas
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