الموجات الكهرومغناطيسية الصادرة من هوائي ثنائي القطب

ان النتائج العامة لنظرية ماكسويل سنفحص عن قرب أكبر الموجات الكهرومغناطيسية التي يولدها جهد مهتز مطبق على ثنائي قطب كهربي. سنقوم أولاً بتوصيل مصدر جهد متردد التيار إلى قضيبين موصلين كما هو موضح على يسار الشكل (1). ويقوم مصدر التيار المتردد بجعل الجهد المطبق يتغير جيبياً بتردد مقداره f:

الشكل ((1: تبعث الشحنات المترددة على هوائي ثنائي القطب اضطراب مجال كهربي بعيداً عن الهوائي

الشكل (2): تغطى موجة المجال الكهربي التي يبثها الهوائي مساحة قد تكون بعيدة عن محطة الإرسال.

نستطيع أن ننظر إلى المجال الكهربي على أنه اضطراب يبعث به مصدر ثنائي قطب وذلك مثلما نعتبر الموجة التي تتكون على وتر أنها اضطراب يدفع للانتقال عبر الوتر بواسطة مصدر مهتز. ويمثل الشكل (1) المجال المنتشر عبر محور x في لحظة معينة. إن المجال يبين تاريخ الشحنة على ثنائي القطب. لقد أطلقت المجالات المتجهة إلى أسفل عندما كانت قمة ثنائي القطب موجبة ؛ أما المجالات المتجهة إلى أعلى فقد أطلقت متأخرة نصف دورة، عندما كانت قمة ثنائي القطب سالبة. وتنتقل هذه الموجة مبتعدة خارج ثنائي القطب بسرعة الضوء c.

          وفي حالة محطة إذاعة فإن ثنائي القطي (الهوائي) غالباً ما يكون مجرد سلك طويل. ولو أنك زرت محطة إرسال إذاعي لرأيت أن الهوائي عبارة عن سلك طويل ــ يمتد بين برجين مرتفعين أو سلك رأسي مثبت على برج واحد. وتنثر الشحنات على الهوائي بواسطة جهد متردد التيار صادر من نظام محولات خاص. وتغطى موجة المجال الكهربي الذي يبثه الهوائي الأرض من حوله، كما هو مبين في الشكل 2)). وينعكس المجال دورياً مع مرور الموجة عند نقطة مثل a على مسار الموجة. وتردد المجال الكهربي المهتز عند a هو نفس تردد المصدر. ونلاحظ إلى جانب ذلك، أن المقدار الذي يتذبذب، وهو متجه المجال الكهربي، يكون متعامداً دائماً على اتجاه انتشار الموجة. وعلى ذلك تكون موجة المجال الكهربي موجة مستعرضة.

ومن السهل ملاحظة أن هوائي محطة الإذاعة يولد بالضرورة موجة مجال مغناطيسي عندما يولد موجة كهربائي ولبيان ذلك يرجع إلى الشكل (3) ، حيث تتحرك الشحنات، عند محطة الإذاعة إلى أعلى وإلى أسفل الهوائي المبين في الشكل ( 3أ) لتنتج شحنات مترددة كما سبق وناقشنا. تحدث هذه الشحنات المتحركة تياراً متردداً في الهوائي، وحيث أن هناك مجال مغناطيسي يحيط بالتيار فإن مجالاً مغناطيسياً مهتزاً ينتج هو الآخر كما يبين الشكل (3 ب). ومثلما ينتشر المجال الكهربي المهتز

الشكل 3)) : (أ) مع اندفاع الشحنة إلى أعلى وإلى أسفل الهوائي، (ب) موجة المجال المغناطيسي تنتشر مبتعدة كما هو مبين.

فإن المجال المغناطيسي ينتقل هو الآخر عبر محور x على هيئة موجة مستعرضة. وبما أن اتجاه التيار يهتز، فإن اتجاه المجال المغناطيسي هو الآخر يفعل نفس الشيء.

ويلاحظ من هذا، أن المجال المغناطيسي يكون في اتجاه محور z ، بينما يكون المجال الكهربي في اتجاه المحور y . . وكما يتضح من الشكل 4)) فإن المجال المغناطيسي متعامد مع كل من المجال الكهربي واتجاه انتشار الموجات. وقد رسمت الموجتان متوافقتين في الطور (أي أنهما تصلان إلى قيمتيهما معاً). وإن كان هذا ليس بالضرورة واضحاً عند مسافات تبعد عن الهوائي بالعديد من أطوال الموجات، حيث أن الأمر يتطلب حسابات مفصلة.

ومن السمات الأخرى لتولد الموجات الكهرومغناطيسية التي لابد من التأكيد عليها أن الشحنات التي تهتز إلى أعلى وإلى أسفل الهوائي تكون في حالة تسارع. ومن المعروف أن الشحنات إذا تسارعت (تحركت بعجلة) فإنها تبعث بإشعاع كهرومغناطيسية وكلما زاد التسارع (او التباطؤ) زاد انبعاث الإشعاع من الشحنات. ولهذا فلو تعرض جسيم يتحرك بسرعة التصادم ما فإنه يطلق دفعة من الإشعاع الكهرومغناطيسي عندما يتوقف فجأة.