האם השדות החשמלי והמגנטי יכולים להיות אפס באותו הזמן בגלים אלקטרומגנטיים אחידים?

בגל אלקטרומגנטי אחיד, השדה החשמלי (E) והשדה המגנטי (B) לא יכולים להיות אפס באותו זמן. זאת מכיוון שהטבע של גלי אלקטרומגנטי הוא שהשדות החשמליים והמגנטיים מאונכים זה לזה ומחליפים זה את זה במקום, ובכך מתפשטים בריק או בedium. להלן הסבר מפורט של התופעה:

הגדרת גל אלקטרומגנטי

גל אלקטרומגנטי הוא תופעת גל שנוצרת על ידי שדות חשמליים ומגנטיים מתנדנדים המאונכים זה לזה ומאונכים לכיוון התפשטות הגל. בריק, גלי אלקטרומגנטי מתפשטים במהירות השווה למהירות האור c.

תכונות בסיסיות של גלי אלקטרומגנטי

היחס בין השדות החשמלי למגנטי: בגלי אלקטרומגנטי, השדה החשמלי E והשדה המגנטי B מאונכים זה לזה, ושניהם מאונכים לכיוון התפשטות הגל.

יש קשר פרופורציונלי קבוע בין השדות החשמלי למגנטי של גלי אלקטרומגנטי, כלומר בהינתן E =c בהינתן B בהינתן כאשר c היא מהירות האור.

משוואת גל

התפשטות גלי אלקטרומגנטי יכולה לתואר באמצעות משוואות מקסוול, שמראות איך שינויים בשדות החשמלי והמגנטי מתאימים ליצור תנודות.

מנגנון התפשטות של גל אלקטרומגנטי

שינויים בשדות חשמליים יוצרים שדות מגנטיים:

כאשר השדה החשמלי משתנה עם הזמן, בהתאם לחוק פאראדיי במשוואות מקסוול, נוצר שדה מגנטי.

הביטוי המתמטי הוא:

∇×E=− ∂B /∂t

שינויים בשדה המגנטי יוצרים שדה חשמלי:

כאשר השדה המגנטי משתנה עם הזמן, בהתאם לחוק אמפר עם ההוספה של מקסוול במשוואות מקסוול, נוצר שדה חשמלי.

הביטוי המתמטי הוא:

∇×B=μ0*ϵ0*∂E/∂t

השדות החשמלי והמגנטי בגלי אלקטרומגנטי לא יכולים להיות אפס באותו זמן.

מכיוון שגלי אלקטרומגנטי מתפשטים דרך האינטראקציה בין השדות החשמלי למגנטי, בלתי אפשרי שתמיד שני השדות יהיו אפס באותו זמן. אם השדה החשמלי הוא אפס, אז לפי חוק פאראדיי, אין שינוי בשדה המגנטי; באופן דומה, אם השדה המגנטי הוא אפס, אז לפי חוק אמפר-מקסוול, לא יהיה שינוי בשדה החשמלי. לכן, התפשטות גלי אלקטרומגנטי יכולה להתבצע רק כאשר שני השדות קיימים ומתקיימת ביניהם אינטראקציה.

מקרה מיוחד

אם כי בלתי אפשרי שהשדה החשמלי והשדה המגנטי יהיו אפס באותו זמן בגל אלקטרומגנטי אחיד, ייתכן שיש מצבים בהם השדה החשמלי או השדה המגנטי יהיה אפס בנקודות מסוימות בזמן או במרחב. לדוגמה:

צומת

במקומות מסוימים, השדה החשמלי או המגנטי עשוי להיות אפס, אך לא באותו זמן.מקומות אלה נקראים צמתים, אך הם רגעיים ולא מתמשכים.

סיכום

בגל אלקטרומגנטי אחיד, השדות החשמלי והמגנטי לא יכולים להיות אפס באותו זמן. קיומם של גלי אלקטרומגנטי תלוי בשדות החשמלי והמגנטי המאונכים זה לזה ומתקיימת ביניהם אינטראקציה, ובכך מתפשטים בחלל. אם השדה החשמלי או המגנטי לבדו הוא אפס, גלי אלקטרומגנטי לא יכולים להיווצר. לכן, השדות החשמלי והמגנטי בגלי אלקטרומגנטי תמיד קיימים ומתקיימת ביניהם אינטראקציה כדי לשמור על התפשטות גלי האלקטרומגנטי.