آیا میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی می‌توانند در یک زمان در امواج الکترومغناطیسی یکنواخت هر دو صفر باشند

در موج الکترومغناطیس یکنواخت، میدان الکتریکی (E) و میدان مغناطیسی (B) نمی‌توانند همزمان صفر باشند. این به این دلیل است که طبیعت موج‌های الکترومغناطیسی این است که میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی عمود بر یکدیگر هستند و در فضا به طور متناوب تغییر می‌کنند، بنابراین در خلاء یا مedium پخش می‌شوند. در ادامه توضیح دقیق‌تری از این پدیده آورده شده است:

تعریف موج الکترومغناطیسی

موج الکترومغناطیسی پدیده‌ای موجی است که توسط میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی نوسانی که عمود بر یکدیگر و عمود بر جهت پخش موج هستند تشکیل شده است. در خلاء، موج‌های الکترومغناطیسی با سرعتی برابر با سرعت نور c حرکت می‌کنند.

ویژگی‌های اساسی موج‌های الکترومغناطیسی

رابطه بین میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی: در موج‌های الکترومغناطیسی، میدان الکتریکی E و میدان مغناطیسی B عمود بر یکدیگر هستند و هر دو عمود بر جهت پخش موج هستند.

رابطه تناسب ثابتی بین میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی موج‌های الکترومغناطیسی وجود دارد، یعنی با توجه به E =c با توجه به B با توجه به که c سرعت نور است.

معادله موج

پخش موج‌های الکترومغناطیسی می‌تواند با معادلات ماکسول توصیف شود که نشان می‌دهند چگونه تغییرات در میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی با یکدیگر تعامل می‌کنند تا نوسان‌ها را ایجاد کنند.

مکانیسم پخش موج الکترومغناطیسی

تغییرات در میدان‌های الکتریکی میدان‌های مغناطیسی را تولید می‌کنند:

وقتی میدان الکتریکی با زمان تغییر می‌کند، طبق قانون فارادی در معادلات ماکسول، یک میدان مغناطیسی تولید می‌شود.

عبارت ریاضی آن عبارت است از:

∇×E=− ∂B /∂t

تغییرات در میدان‌های مغناطیسی میدان‌های الکتریکی را تولید می‌کنند:

وقتی میدان مغناطیسی با زمان تغییر می‌کند، طبق قانون آمپر با افزوده ماکسول در معادلات ماکسول، یک میدان الکتریکی تولید می‌شود.

عبارت ریاضی آن عبارت است از:

∇×B=μ0*ϵ0*∂E/∂t

میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی در موج‌های الکترومغناطیسی نمی‌توانند همزمان صفر باشند.

از آنجا که موج‌های الکترومغناطیسی از طریق تعامل میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی پخش می‌شوند، امکان اینکه هر دو در هر لحظه‌ای صفر باشند وجود ندارد. اگر میدان الکتریکی صفر باشد، آنگاه طبق قانون فارادی، تغییر در میدان مغناطیسی وجود نخواهد داشت؛ به طور مشابه، اگر میدان مغناطیسی صفر باشد، آنگاه طبق قانون آمپر-ماکسول، تغییر در میدان الکتریکی وجود نخواهد داشت. بنابراین، پخش موج‌های الکترومغناطیسی فقط زمانی امکان‌پذیر است که هر دو میدان الکتریکی و مغناطیسی موجود باشند و با یکدیگر تعامل داشته باشند.

حالت خاص

اگرچه در موج الکترومغناطیسی یکنواخت، میدان الکتریکی و میدان مغناطیسی نمی‌توانند همزمان صفر باشند، ممکن است موقعیت‌هایی وجود داشته باشد که میدان الکتریکی یا مغناطیسی در برخی نقاط زمانی یا مکانی صفر باشند. به عنوان مثال:

گره

در برخی مکان‌ها، میدان الکتریکی یا مغناطیسی ممکن است صفر باشد، اما نه همزمان.این مکان‌ها را گره می‌نامند، اما آنها لحظه‌ای هستند و پایدار نیستند.

خلاصه

در موج الکترومغناطیسی یکنواخت، میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی نمی‌توانند همزمان صفر باشند. وجود موج‌های الکترومغناطیسی به این بستگی دارد که میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی عمود بر یکدیگر باشند و با یکدیگر تعامل داشته باشند، بنابراین از طریق فضا پخش می‌شوند. اگر میدان الکتریکی یا مغناطیسی به تنهایی صفر باشد، موج‌های الکترومغناطیسی تشکیل نمی‌شوند. بنابراین، میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی در موج‌های الکترومغناطیسی همیشه موجود هستند و با یکدیگر تعامل دارند تا پخش موج‌های الکترومغناطیسی را حفظ کنند.