전기의 더욱 매혹적인 응용 분야 중 하나는 전파 라고 불리는 보이지 않는 에너지의 파장을 생성하는 것입니다 . 교류에 대한 이 수업의 제한된 범위는 개념을 완전히 탐구하는 것을 허용하지 않지만, 몇 가지 기본 원리는 다루어질 것입니다.
외르스테드가 우연히 전자기학을 발견하면서 전기와 자기가 서로 연관되어 있다는 사실이 밝혀졌습니다.
전류가 도체를 통과할 때, 흐름 축에 수직인 자기장이 생성되었습니다. 마찬가지로, 도체가 도체에 수직인 자속 변화에 노출되면, 그 도체의 길이를 따라 전압이 생성되었습니다.
지금까지 과학자들은 전기와 자기가 항상 직각으로 서로에게 영향을 미치는 것처럼 보인다는 것을 알고 있었습니다. 그러나 이 겉보기에 단순한 관련 수직성 개념 바로 아래에 중요한 발견이 숨겨져 있었고, 그 발견은 현대 과학의 중요한 순간 중 하나였습니다.
전기장과 자기장의 관계
물리학의 이 획기적인 진전은 과장하기 어렵습니다. 이 개념적 혁명을 이끈 사람은 스코틀랜드 물리학자 제임스 클러크 맥스웰(1831-1879)로, 그는 전기와 자기에 대한 연구를 비교적 깔끔한 네 개의 방정식으로 "통일"했습니다.
본질적으로, 그가 발견한 것은 전기장과 자기장 이 본질적으로 서로 관련되어 있으며, 전류가 흐를 수 있는 전도 경로가 있든 없든 상관이 없다는 것입니다. 더 공식적으로 말하면, 맥스웰의 발견은 다음과 같습니다.
변화하는 전기장은 수직 자기장을 생성하고 ,
변화하는 자기장은 수직한 전기장을 생성합니다.
이 모든 것은 열린 공간에서 일어날 수 있으며, 교류 전기장과 자기장은 빛의 속도로 공간을 통과하면서 서로를 지지합니다. 공간을 통과하는 전기장과 자기장의 이러한 동적 구조는 전자기파로 더 잘 알려져 있습니다 .
전자기파로 구성된 자연 복사 에너지에는 여러 종류가 있습니다. 빛조차도 본질적으로 전자기적입니다. X선과 "감마"선 복사도 마찬가지입니다.
이러한 종류의 전자기 복사선의 유일한 차이점은 진동 주파수(전기장과 자기장이 극성으로 앞뒤로 번갈아 가며 나타남)입니다. AC 전압 소스와 안테나 라는 특수 장치를 사용하면 전자기파(빛보다 훨씬 낮은 주파수)를 쉽게 생성할 수 있습니다.
안테나의 종류
안테나는 분산 전기 또는 자기장을 생성하기 위해 만들어진 장치에 불과합니다 . 두 가지 기본 안테나 유형은 다이폴 과 루프 입니다 . 아래 그림
다이폴 및 루프 안테나.
쌍극자는 개방 회로에 불과하고 루프는 단락 회로처럼 보이지만, 이러한 와이어 조각은 적절한 주파수의 AC 소스에 연결되면 전자기장의 효과적인 방사체입니다. 쌍극자의 두 개방 와이어는 일종의 커패시터(유전체로 분리된 두 도체) 역할을 하며, 전기장은 두 개의 밀접하게 간격이 있는 판 사이에 집중되는 대신 분산되도록 개방됩니다.
루프 안테나의 폐쇄된 와이어 경로는 큰 공기 코어가 있는 인덕터처럼 작용하여 일반 인덕터에서처럼 필드가 집중되고 포함되는 대신 안테나에서 멀리 분산될 수 있는 충분한 기회를 제공합니다.
전력이 공급된 쌍극자가 변화하는 전기장을 공간으로 방출함에 따라, 변화하는 자기장이 직각으로 생성되어 전기장을 공간 더 멀리까지 유지시키며, 이런 식으로 파동이 빛의 속도로 전파됩니다.
전원 루프 안테나가 변화하는 자기장을 공간으로 방사함에 따라 변화하는 전기장이 직각으로 생성되고, 안테나에서 멀리 떨어진 곳으로 연속적인 전자기파가 보내지는 동일한 최종 결과가 발생합니다. 두 안테나 모두 동일한 기본 작업, 즉 전자기장의 제어된 생성을 달성합니다.
안테나의 기능
고주파 AC 전원에 연결되면 안테나는 송신 장치 역할을 하여 AC 전압과 전류를 전자기파 에너지로 변환합니다. 안테나는 또한 전자기파를 가로채서 에너지를 AC 전압과 전류로 변환할 수 있는 기능을 가지고 있습니다. 이 모드에서 안테나는 수신 장치 역할을 합니다. 아래 그림
기본적인 무선 송신기와 수신기.
안테나 기술에 대해 말할 수 있는 내용은 아직 많지만 , 이 간략한 소개만으로도 현재 무슨 일이 일어나고 있는지에 대한 전반적인 개념을 얻기에 충분합니다(그리고 아마도 몇 가지 실험을 촉발하기에 충분한 정보일 것입니다).
검토:
- 제임스 맥스웰은 빈 공간에서도 전기장이 변하면 수직 자기장이 생성되고, 그 반대의 경우도 마찬가지라는 것을 발견했습니다.
- 서로 직각으로 진동하고 빛의 속도로 진행되는 전기장과 자기장의 쌍둥이가 전자기파 를 구성합니다 .
- 안테나 는 고주파 교류 전원으로 전원을 공급받아 변화하는 전기장이나 자기장을 방사하거나, 전자기장을 가로채서 교류 전압이나 전류로 변환하도록 설계된 전선으로 만든 장치입니다.
- 다이폴 안테나 는 두 개의 와이어(접촉하지 않음)로 구성되어 있으며, 주로 전원이 공급되면 전기장을 생성하고 이차적으로 공간에 자기장을 생성합니다.
- 루프 안테나는 와이어 루프로 구성되어 있으며, 주로 전원이 공급되면 자기장을 생성하고 이차적으로 공간에 전기장을 생성합니다.