Kan elektriske og magnetiske felt være null samtidig i jevne elektromagnetiske bølger?

I et uniform elektrisk bølge kan ikke elektriske felt (E) og magnetiske felt (B) være null samtidig. Dette skyldes at naturen til elektromagnetiske bølger er slik at elektriske og magnetiske felt står vinkelrett på hverandre og endrer seg alternerende i rommet, og dermed propagerer i vakuum eller medium. Her er en detaljert forklaring av fenomenet:

Definisjon av elektromagnetisk bølge

En elektromagnetisk bølge er et bølgefænomen dannet av oscillerende elektriske og magnetiske felt som står vinkelrett på hverandre og vinkelrett på bølgens propagasjonsretning. I vakuum reiser elektromagnetiske bølger med en hastighet lik lysets hastighet c.

Grunnleggende egenskaper ved elektromagnetiske bølger

Forholdet mellom elektriske og magnetiske felt: I elektromagnetiske bølger står elektriske felt E og magnetiske felt B vinkelrett på hverandre, og begge står vinkelrett på bølgens propagasjonsretning.

Det er et fast proporsjonalt forhold mellom de elektriske og magnetiske feltene i elektromagnetiske bølger, det vil si gitt E =c gitt B gitt hvor c er lysets hastighet.

Bølgeligning

Propagasjonen av elektromagnetiske bølger kan beskrives ved Maxwells ligninger, som viser hvordan endringer i elektriske og magnetiske felt interagerer for å skape fluktuasjoner.

Propagasjon mekanisme for elektromagnetisk bølge

Endrende elektriske felt produserer magnetiske felt:

Når det elektriske feltet endres over tid, genereres ifølge Faradays lov i Maxwells ligninger et magnetisk felt.

Den matematiske uttrykket er:

∇×E=− ∂B /∂t

Et endrende magnetisk felt produserer et elektrisk felt:

Når det magnetiske feltet endres over tid, genereres ifølge Amperes lov med Maxwells tillegg i Maxwells ligninger, et elektrisk felt.

Det matematiske uttrykket er:

∇×B=μ0*ϵ0*∂E/∂t

De elektriske og magnetiske feltene i elektromagnetiske bølger kan ikke være null samtidig.

Siden elektromagnetiske bølger propagerer gjennom interaksjonen mellom elektriske og magnetiske felt, er det umulig for begge å være null på noen gitt tidspunkt. Hvis det elektriske feltet er null, så ifølge Faradays lov, er det ingen endring i det magnetiske feltet; Tilsvarende, hvis det magnetiske feltet er null, så ifølge Amperes-Maxwell lov, vil det ikke være noen endring i det elektriske feltet. Derfor kan propagasjonen av elektromagnetiske bølger bare dannes når både elektriske og magnetiske felt er til stede og interagerer.

Spesiell situasjon

Selv om det er umulig for det elektriske feltet og det magnetiske feltet å være null samtidig i en uniform elektromagnetisk bølge, kan det oppstå situasjoner der det elektriske feltet eller det magnetiske feltet er null på bestemte tidspunkter eller i rommet. For eksempel:

Node

På noen lokasjoner kan det elektriske eller det magnetiske feltet være null, men ikke samtidig.Disse lokasjonene kalles noder, men de er øyeblikkelige og varer ikke.

Oppsummering

I en uniform elektromagnetisk bølge kan ikke de elektriske og magnetiske feltene være null samtidig. Eksistensen av elektromagnetiske bølger avhenger av at de elektriske og magnetiske feltene står vinkelrett på hverandre og interagerer, og dermed propagerer gjennom rommet. Hvis enten det elektriske eller det magnetiske feltet alene er null, kan ikke elektromagnetiske bølger dannes. Derfor er de elektriske og magnetiske feltene i elektromagnetiske bølger alltid til stede og interagerer for å opprettholde propagasjonen av elektromagnetiske bølger.