Muchas de las cosas que escribes suenan bien. Pero no diría que las otras direcciones en el gráfico son meras fuerzas, indican el valor real (fuerza/magnitud y dirección también) de los campos eléctrico y magnético.

Primero tenga en cuenta que técnicamente el campo eléctrico es un vector y es un campo, por lo que debería tener un vector (posiblemente cero en cada punto). Cada vector tiene una cabeza y una cola. Puede pensar en la ubicación de la cola como si le indicara el lugar donde el campo tiene un valor particular. Entonces puedes pensar si la diferencia entre la cabeza y la cola te dice tanto la magnitud como la dirección del campo eléctrico en ese punto, en algún sistema de unidades específico. Así que imagine un montón de flechas del mismo color, la ubicación de cada una le dice dónde le indica el campo y cómo la flecha apunta desde allí le indica el valor.

Luego dibuja los campos magnéticos en un color diferente. Y en ambos casos no puedes dibujar un vector en cada punto porque sería demasiado verlos todos.

Para una onda plana que viaja a través del vacío, existe una gran regularidad. Si la onda viaja en la dirección x, entonces los campos eléctrico y magnético apuntan todos en el plano yz. Y sus valores solo dependen del tiempo y de x, por lo que puede dibujar solo una línea longitudinal y le informará sobre todos los valores en todas las ubicaciones. Y dado que todos los campos eléctricos y magnéticos apuntan en el plano yz, puede volver a imaginar el plano yz como el eje independiente de un gráfico.

Y para una onda plana clásica que viaja a través del vacío, su imagen debe tener campos eléctricos y magnéticos fuertes juntos en un plano de un valor fijo en la dirección longitudinal y luego en un plano diferente correspondiente a un valor fijo diferente de la dirección longitudinal . Fuertes juntos y débiles juntos y luego fuertes otra vez pero apuntando en la dirección opuesta.

Si es así, obtienes una imagen muy parecida a la primera que dibujaste (aunque eso es solo para uno de los campos eléctrico y magnético, una onda tiene ambos). Todo eso está bien para una onda clásica que viaja a través del vacío.

Para sus otras preguntas, creo que debería mirar las preguntas existentes sobre los diferentes temas.

Desde una perspectiva cuántica es mucho más complicado. Desde un punto de vista cuántico, no hay un campo eléctrico o magnético, hay un campo de fotones. Cuando tienes una gran cantidad de fotones en fase entre sí, puede parecer o actuar como una onda electromagnética, pero sigue siendo diferente, y si tienes una pequeña cantidad o no están en fase, entonces es realmente diferente.

Los campos eléctricos y magnéticos clásicamente son sustitutos para decir cómo interactúan las cargas (aunque tienen su propia energía y momento, presión y estrés, etc.) Y en la mecánica cuántica son posibles diferentes interacciones, por lo que el campo de fotones es un sustituto. por decir cómo van esas diferentes interacciones.

Dado que en la mecánica cuántica las cargas no tienen una ubicación y un momento, decir que su momento cambia según el campo donde se encuentra la carga simplemente no será posible porque no tienes ninguna de esas cosas. Y si no puede verificar los valores del campo en ninguna ubicación, se vuelve difícil decir que está allí de esa manera.

Hacemos los objetos que necesitamos para predecir resultados, para la mecánica cuántica necesitamos diferentes objetos porque estamos prediciendo diferentes interacciones. Solo en algunos límites (que solo se cumplen a veces) esperamos que los efectos de la mecánica cuántica comiencen a parecerse aproximadamente a los efectos clásicos.

En cuanto a un espaciamiento transversal en una jaula de Faraday que detiene una onda que varía solo en la dirección longitudinal, recuerde que estaba dibujando solo el caso más simple, el caso de una onda plana.

En una onda plana, todo el plano paralelo al plano yz tiene exactamente el mismo campo electromagnético. Esta solución muy simple (para describir) permite que la onda viaje completamente en la dirección x, con el tiempo cada parte de la onda simplemente se desliza, el nuevo valor a la distancia$x=x_0+\Delta x$más es el valor anterior en$x_0$un momento$\Delta x/c$más temprano.

Pero ninguna ola real es tan perfecta. Podrían expandirse en un frente esférico en lugar de un frente plano. Pueden tener una región central donde es fuerte y se vuelve más débil más lejos (como un rayo gaussiano), algunas personas incluso hacen rayos donde la energía y el impulso viajan a lo largo de un cono, por lo que hay una región central fuerte, pero si colocas un objeto pequeño allí, la región más allá todavía recibe luz porque la luz de más lejos provino de una base del cono que comenzó más lejos de la región central.

Algo así como si tuvieras algunos corredores alineados para una carrera pero, en cambio, si corren en sus propias pistas, corren hacia el mismo punto que está al frente del corredor central. El corredor del centro llega primero, pero si se dañan partes del centro de la pista, los corredores que se fueron más tarde eventualmente se acercarán y no importará que los corredores que originalmente estaban más cerca del centro se hayan visto afectados.

Entonces, una ola real tiene un frente de onda más complicado. Y, de hecho, si está tratando de evitar los cables de la jaula de Faraday, necesita que su haz esté enfocado para no extenderse demasiado en la dirección transversal a la dirección de propagación. Y esto no está restringiendo la amplitud, esto está diciendo que la onda real no debería tener valores de campo dispersos en el plano yz, debería enfocarse en una pequeña porción del plano yz.

Imagina que disparas haces estrechos todos hacia el mismo agujero en la jaula de Faraday, necesitas apuntar con mucha precisión cada punto tiene que tener "su x" apuntada con mucha precisión para entrar en ese mismo agujero.

En general, si apunta sus direcciones de propagación iniciales con precisión en el orden de la longitud de onda, entonces cambió la onda.

Esto se debe a que la dirección de propagación no es algo mágico que pueda asociar libremente con un punto. Depende de cómo varió el campo electromagnético en el espacio. Cuando su campo no varió en las direcciones y y z, entonces el campo viajó en la dirección x. Ahora está tratando de hacer que cada región apunte de manera ligeramente diferente, por lo que intenta ajustar el campo eléctrico y magnético aquí y allá para que cada parte apunte correctamente.

Las ondas tienden a extenderse, por lo que si apuntas un poco a ese todo, se perderán muchas en otras direcciones y lo que apuntó bien para un todo no apuntará a los otros agujeros, por lo que la jaula de Faraday logra bloquear casi todos los campos que vienen. en eso, asumiendo que la jaula es lo suficientemente grande como para tener muchos agujeros.

Creo que muchas de estas preguntas se pueden hacer (y se han hecho) como preguntas separadas.

Lo que Maxwell derivó fue de ondas de radio. Las ondas de radio son radiación de fotones modulados. Los electrones en una varilla de antena se aceleran a la vez y emiten fotones. La densidad de estos fotones se distribuye en el espacio. Detectando esta radiación con un receptor se obtiene una forma de onda sinusoidal. La frecuencia de esta onda tiene que ver con la frecuencia del generador de antena y no tiene nada que ver con la frecuencia de los fotones individuales en esta onda.

Pero todos estos fotones forman la componente eléctrica y magnética de la onda de radio. Por lo tanto, cada fotón tiene un componente eléctrico y otro magnético. Los fotones, una vez emitidos, son unidades indivisibles. Imagine fotones como burbujas, infladas en un momento hacia la izquierda y hacia la derecha como un dipolo magnético y en el siguiente momento infladas hacia arriba y hacia abajo como un dipolo eléctrico. Ambas inflaciones son perpendiculares a la propagación del fotón. Más detalles ver en mi papel .