آیا می‌تواند در امواج الکترومغناطیسی یکنواخت، هم زمان هر دو میدان الکتریکی و مغناطیسی صفر باشند

در موج الکترومغناطیس یکنواخت، میدان الکتریکی (E) و میدان مغناطیسی (B) نمی‌توانند همزمان صفر باشند. این به دلیل طبیعت موج‌های الکترومغناطیسی است که در آن میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی عمود بر یکدیگر قرار دارند و در فضا به طور متناوب تغییر می‌کنند، بنابراین در خلاء یا محیطی منتشر می‌شوند. در اینجا توضیح دقیقی از این پدیده آمده است:

تعریف موج الکترومغناطیسی

موج الکترومغناطیسی پدیده‌ای موجی است که توسط میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی متناوب و عمود بر یکدیگر و عمود بر جهت انتشار موج شکل گرفته 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 قرار دارند و هر دو عمود بر جهت انتشار 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

انتشار موج‌های الکترومغناطیسی می‌تواند با معادلات ماکسول توصیف شود که نشان می‌دهند چگونه تغییرات در میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی با یکدیگر تعامل کرده و نوسانات ایجاد می‌کنند.

مکانیسم انتشار موج الکترومغناطیسی

تغییرات میدان‌های الکتریکی میدان‌های مغناطیسی را ایجاد می‌کنند:

وقتی میدان الکتریکی با زمان تغییر می‌کند، بر اساس قانون فارادی در معادلات ماکسول، یک میدان مغناطیسی ایجاد می‌شود.

عبارت ریاضی آن عبارت است از:

∇×E=− ∂B /∂t

تغییرات میدان مغناطیسی میدان الکتریکی را ایجاد می‌کند:

وقتی میدان مغناطیسی با زمان تغییر می‌کند، بر اساس قانون آمپر با افزودن ماکسول در معادلات ماکسول، یک میدان الکتریکی ایجاد 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 منتشر می‌شوند، امکان ندارد که هر دو در هر لحظه‌ای صفر باشند. اگر میدان الکتریکی صفر باشد، آنگاه بر اساس قانون فارادی، تغییری در میدان مغناطیسی وجود ندارد؛ به طور مشابه، اگر میدان مغناطیسی صفر باشد، آنگاه بر اساس قانون آمپر-ماکسول، تغییری در میدان الکتریکی وجود ندارد. بنابراین، انتشار موج‌های الکترومغناطیسی فقط زمانی ایجاد می‌شود که هر دو میدان الکتریکی و مغناطیسی موجود باشند و با یکدیگر تعامل کنند.

حالت خاص

اگرچه در موج الکترومغناطیسی یکنواخت امکان ندارد که میدان الکتریکی و میدان مغناطیسی همزمان صفر باشند، ممکن است موقعیت‌هایی وجود داشته باشد که میدان الکتریکی یا میدان مغناطیسی در نقاط خاصی از زمان یا مکان صفر باشند. به عنوان مثال:

گره

در برخی از مکان‌ها، میدان الکتریکی یا مغناطیسی ممکن است صفر باشد، اما همزمان نیستند.این مکان‌ها به گره‌ها معروف هستند، اما آنها لحظه‌ای هستند و پایدار نیستند.

خلاصه

در موج الکترومغناطیسی یکنواخت، میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی نمی‌توانند همزمان صفر باشند. وجود موج‌های الکترومغناطیسی به دلیل میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی که عمود بر یکدیگر هستند و با یکدیگر تعامل می‌کنند، به این ترتیب از طریق فضا منتشر 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 می‌کنند تا انتشار موج‌های الکترومغناطیسی حفظ شود.