¿Las ondas dentro de los cables conductores se consideran ondas longitudinales, al igual que las ondas sonoras?

Pregunta interesante.

Esta es una de esas preguntas que le da a la mayoría de los EE un poco de dolor de cabeza porque es bastante difícil envolver el cerebro alrededor de lo que en teoría está sucediendo con las ondas electromagnéticas. La verdad del asunto es que no es tan simple como nos imaginamos por primera vez.

Así es como lo racionalizo.

En primer lugar, debe separar la noción de que los electrones tienen algo que ver directamente con las ondas electromagnéticas. Ellos no Las ondas EM se propagan sin la necesidad de ningún material. En el vacío, se propagan a la velocidad de la luz, cuando la onda encuentra un material, las propiedades físicas de los materiales disminuyen su velocidad.

Habiendo captado ese poco de sabiduría, es bastante fácil comprender que cuando se aplica un voltaje a un extremo de un poco de cable, le toma tiempo poder detectar ese voltaje en el otro extremo del cable. . Esa tensión se propaga por el cable a la velocidad de la luz para ese material conductor. En efecto, usted creó, o más exactamente, cambió el E-Field en un extremo y la ola de cambio toma tiempo para llegar al otro extremo.

Ahora considere en su lugar modular la tensión aplicada, es decir, aplicar una señal al cable. Si dividimos esa señal en el dominio del tiempo en períodos infinitamente pequeños, se puede ver en lo que acabamos de comentar que habrá un retraso en la propagación para que el cambio instantáneo en un extremo llegue al otro. El E-Field debe "llevar" esos cambios al otro extremo. Nuevamente, es importante recordar que esto no tiene nada que ver con los electrones.

Entonces, para resumir hasta ahora, las ondas electromagnéticas son las portadoras de su señal, no la señal en sí. Las ondas EM pasan a ser transversales, y eso no cambia.

La señal, o cualquier onda de voltaje que esté transmitiendo, es efectivamente una modulación de esa portadora, y generalmente es longitudinal. Está configurando, o transmitiendo, una diferencia en el campo eléctrico. Son esas diferencias locales las que excitan los electrones de su conductor y los hacen reaccionar.

Los conductores tienen una absorción muy alta, por lo que las ondas EM que se propagan dentro de un conductor no llegan muy lejos. Un conductor ideal tiene una absorción infinita y las ondas EM no pueden propagarse dentro de un conductor ideal.

Las ondas EM se propagan en guías de onda, que pueden consistir en conductores (por ejemplo, cable coaxial o par trenzado), sin embargo, no todas las guías de onda necesitan conductores (por ejemplo, cable de fibra óptica). Además, la energía que transporta la onda está contenida en el campo, que es principalmente entre los conductores. Los conductores solo son necesarios para el confinamiento de la onda, es decir, que la onda va hacia donde se supone que debe ir y no se dispersa arbitrariamente en el espacio libre.

Si las ondas son longitudinales o no (o tienen algún componente longitudinal) depende de la geometría de la guía de ondas y del tipo de modo al que corresponde la onda EM. En la mayoría de los casos, las ondas son una mezcla y tienen componentes longitudinales y transversales. Tenga en cuenta que en el espacio libre no pueden existir ondas electromagnéticas longitudinales (pero en las guías de ondas esto es posible).

Las ondas electromagnéticas son de naturaleza transversal. El campo E y H oscilan perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda. Si considera una línea de transmisión como un cable coaxial, hay dos conductores que transportan corrientes en direcciones opuestas. Una corriente fluye de la fuente a la carga y otra de la carga a la fuente. Es cierto que estos dos conductores transportan corrientes. Están separados por una capa dieléctrica de espuma o polietileno. Su onda electromagnética se propaga a lo largo de la brecha entre los dos conductores. La onda electromagnética se produce debido al movimiento de los electrones. Como resultado de lo cual se produce una onda autopropaga para la transmisión a larga distancia. En un cable coaxial como RG59, RG6, etc., el conductor externo se mantiene para limitar la onda EM dentro del cable. Esto se hace para abordar el efecto de la piel a altas frecuencias. Por otra parte, "Explicación de Electromagnéticos" de Ron Schmitt dice que los electrones que fluyen a través de los conductores internos y externos solo sirven para guiar la onda EM dentro de la región dieléctrica. Para, los dieléctricos permiten que las ondas EM pasen a través de ellos.

La presencia de una onda longitudinal requiere una extensión de las ecuaciones de Maxwell para incorporar esta pieza adicional. Además, la ecuación de conservación de la energía debe incluir un término que dé impulso y energía a la onda longitudinal, además de la onda transversal. En ese caso, se puede decir que la onda longitudinal existe en un nivel fundamental.