在我們的日常生活中,可見光,紅外線和無線電等許多光子在我們周圍移動。我們知道光是電磁輻射。那麼,為什麼電磁輻射不會影響電磁羅盤?
在我們的日常生活中,可見光,紅外線和無線電等許多光子在我們周圍移動。我們知道光是電磁輻射。那麼,為什麼電磁輻射不會影響電磁羅盤?
大多數電磁輻射的頻率很高-磁場每秒變化很多次。這意味著指南針根本沒有時間“跟隨”磁場變化。
唯一會影響羅盤的東西是DC磁場-通常是一塊大塊的鐵等,它會被磁化(例如被地球磁場所磁化),從而引起失真;
但是,即使市電的低頻(50或60 Hz,具體取決於您所居住的地方)也太快而無法影響羅盤(儘管在存在強大的電磁源(例如大型變壓器),您可以看到針中的振動,如@vsz所觀察到的)。無線電開始於kHz(長波)到MHz(FM)或GHz(WiFi等)。波長約為500 nm,速度為3x10 $ ^ 8 $ m / s的光具有數百個THz範圍的頻率。太快了。
更新-添加一點數學:
地球場中的指南針可以看作是阻尼振盪器:一方面,針上的扭矩與磁北的位移成正比,另一方面,針的慣性;最後,還有阻尼項(臨界阻尼是指一個很好的指南針-意味著阻尼要使其在最短的時間內到達正確的位置)。我們可以將運動方程寫為
$$ I \ ddot \ theta + \ mu \ dot \ theta + k \ theta = 0 $$
在此表達式中,$ \ mu $是阻尼項(與角速度成比例),$ k $是描述針在位移時承受多少扭矩的因數。
這是簡單諧波振盪器(SHO)的通用等式),我們通常會識別出三種狀態:輕度阻尼,重度阻尼和臨界阻尼。
當您給它一個位移然後放開時,這種振盪器的響應方式取決於阻尼的類型-請參見此圖:
特別是,臨界阻尼振盪器盡可能快地收斂到其平衡位置-這就是為什麼它更適合指南針之類的原因。
現在,當用振盪力驅動SHO,您會得到一個取決於驅動信號頻率和系統固有頻率的響應。如果您以自然頻率行駛,您將獲得共振且振幅變大;隨著頻率差變大,響應幅度變小。對於輕微阻尼(或阻尼不足)的系統*,幅度響應由下式給出:
$$ A = \ frac {s_0} {\ sqrt {\ left [1- \ left(\ frac {\ omega_d} {\ omega_0} \ right)^ 2 \ right] ^ 2 + \ left [\ frac {\ omega_d / \ omega_0} {Q} \ right] ^ 2}} $$
在大頻率範圍內,響應按比例縮放
$$ A \ propto \ left(\ frac {\ omega_0} {\ omega_d} \ right)^ 2 $$
其中$ \ omega_0 $是固有頻率$ \ sqrt {\ frac {k} {I}} $,而$ \ omega_d $是驅動頻率。當驅動頻率比固有頻率大幾個數量級時,幅度響應可以忽略不計。
MSalters在評論中指出,在極高頻率(10 GHz以上)下,波長與羅盤針的長度相比,EM輻射的誤差變短,因此,由於針的不同部分將經受不同方向的作用力,上述情況變得更加複雜。所有這些都指向相同的方向:針不會移動。驅動的振盪器,沒有腸子的毅力立即得到它,並相信自己會正確。但是,即使對於臨界阻尼振盪器,這也是“方向正確的” sup>
頻率是一個很好的論據(我想是最重要的因素),但也許值得一提的是磁場的大小。
地球的磁場強度約為31美元µT $。撞擊地球的日光強度約為1300W / m ^ 2 $。由於強度與電磁波的電場$ E $的關係如下所示:$$ I = \ frac {1} {2} \ epsilon_0 c E ^ 2 $$,磁場強度由$ B給出= 1 / c×E $,可以很容易地計算出磁場的大小由$$ B \約3.3 µT。$$給出,因此地球的磁場強度大約是它的十倍。但是:現在可以爭辯說,強度更高的場會產生更大的影響。現在,頻率論證得以解決,實際上,這一論點似乎是正確的,因為在強激光的存在下,人們沒有註意到指南針的偏轉。
與弗洛里斯所說基本相同的原因,但這又有另一個重要方面:
可見光的波長太小,無法影響指南針。磁場不僅在平均零附近迅速振盪-即使在電磁波時出現任何單個“快照”,磁場也不會在一個大的區域指向一個方向。只有千分尺的一小部分會在一個方向上暴露在電場下;如果移動頭髮的寬度,則字段可能指向相反的方向。總體而言,在任何給定時間,針頭所有部分上的力幾乎完全抵消。因此,即使光頻率不會高到讓針跟隨,它也不會移動。