Kan elektriske og magnetiske felter være nul på samme tid i uniforme elektromagnetiske bølger?

I en ensartet elektromagnetisk bølge kan elektriske felt (E) og magnetiske felt (B) ikke være nul på samme tid. Dette skyldes, at naturen af elektromagnetiske bølger er, at elektriske og magnetiske felter står vinkelret på hinanden og skifter alternativt i rummet, hvilket gør, at de udbredes i et vakuum eller medium. Her er en detaljeret forklaring af fænomenet:

Definition af elektromagnetisk bølge

En elektromagnetisk bølge er et bølgefænomen dannet af oscillerende elektriske og magnetiske felter, som står vinkelret på hinanden og på retningen for bølgens udbredelse. I et vakuum rejser elektromagnetiske bølger med en hastighed, der er lig med lysets hastighed c.

Fundamentale egenskaber ved elektromagnetiske bølger

Forholdet mellem elektriske og magnetiske felter: I elektromagnetiske bølger står elektriske felt E og magnetiske felt B vinkelret på hinanden, og begge står vinkelret på bølgens udbredelsesretning.

Der findes et fast proportionalitetsforhold mellem elektriske og magnetiske felter i elektromagnetiske bølger, nemlig Givet E =c givet B givet hvor c er lysets hastighed.

Bølgeligning

Udbredelsen af elektromagnetiske bølger kan beskrives ved Maxwells ligninger, som viser, hvordan ændringer i elektriske og magnetiske felter interagerer for at skabe fluktuationer.

Udbredelsesmekanisme for elektromagnetisk bølge

Ændrende elektriske felter producerer magnetiske felter:

Når det elektriske felt ændrer sig over tid, genereres ifølge Faradays Lov i Maxwells ligninger et magnetisk felt.

Den matematiske udtryk er:

∇×E=− ∂B /∂t

Ændrende magnetiske felter producerer et elektrisk felt:

Når det magnetiske felt ændrer sig over tid, genereres ifølge Amperes Lov med Maxwells Tilføjelse i Maxwells ligninger et elektrisk felt.

Det matematiske udtryk er:

∇×B=μ0*ϵ0*∂E/∂t

Elektriske og magnetiske felter i elektromagnetiske bølger kan ikke være nul på samme tid.

Da elektromagnetiske bølger udbredes gennem interaktion mellem elektriske og magnetiske felter, er det umuligt, at begge er nul på et givent tidspunkt. Hvis det elektriske felt er nul, så er der ifølge Faradays lov ingen ændring i det magnetiske felt; Ligeledes, hvis det magnetiske felt er nul, vil der ifølge Amperes-Maxwell lov ikke være nogen ændring i det elektriske felt. Derfor kan udbredelsen af elektromagnetiske bølger kun dannes, når både elektriske og magnetiske felter er til stede og interagerer.

Særlig tilfælde

Selvom det er umuligt, at det elektriske felt og det magnetiske felt er nul på samme tid i en ensartet elektromagnetisk bølge, kan der være situationer, hvor det elektriske felt eller det magnetiske felt er nul på bestemte tidspunkter eller i rummet. For eksempel:

Knotte

På nogle steder kan det elektriske eller det magnetiske felt være nul, men ikke på samme tid.Disse steder kaldes knotte, men de er øjeblikkelige og ikke vedvarende.

Oversigt

I en ensartet elektromagnetisk bølge kan det elektriske og det magnetiske felt ikke være nul på samme tid. Ekistensen af elektromagnetiske bølger afhænger af, at elektriske og magnetiske felter står vinkelret på hinanden og interagerer, hvilket gør, at de udbredes gennem rummet. Hvis enten det elektriske eller det magnetiske felt alene er nul, kan elektromagnetiske bølger ikke dannes. Derfor er elektriske og magnetiske felter i elektromagnetiske bølger altid til stede og interagerer for at opretholde udbredelsen af elektromagnetiske bølger.