สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กสามารถเป็นศูนย์พร้อมกันได้หรือไม่ในคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่สม่ำเสมอ

ในคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่สม่ำเสมอ สนามไฟฟ้า (E) และสนามแม่เหล็ก (B) ไม่สามารถเป็นศูนย์พร้อมกันได้ เนื่องจากธรรมชาติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าคือ สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กตั้งฉากกันและเปลี่ยนแปลงสลับกันในพื้นที่ ทำให้แพร่กระจายในสุญญากาศหรือสื่อต่างๆ ดังนี้คือคำอธิบายอย่างละเอียดเกี่ยวกับปรากฏการณ์นี้:

นิยามของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าคือปรากฏการณ์คลื่นที่เกิดจากการสั่นสะเทือนของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่ตั้งฉากกันและตั้งฉากกับทิศทางของการแพร่กระจาย ในสุญญากาศ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเดินทางด้วยความเร็วเท่ากับความเร็วของแสง c

คุณสมบัติพื้นฐานของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

ความสัมพันธ์ระหว่างสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก: ในคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า สนามไฟฟ้า E และสนามแม่เหล็ก B ตั้งฉากกัน และทั้งสองตั้งฉากกับทิศทางของการแพร่กระจายของคลื่น

มีความสัมพันธ์คงที่ระหว่างสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า คือ กำหนด E =c กำหนด B กำหนด โดยที่ c เป็นความเร็วของแสง

สมการคลื่น

การแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถอธิบายได้โดยสมการแมกซ์เวลล์ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กมีปฏิกิริยาต่อกันเพื่อสร้างการแกว่ง

กลไกการแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

การเปลี่ยนแปลงของสนามไฟฟ้าสร้างสนามแม่เหล็ก:

เมื่อสนามไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงตามเวลา ตามกฎของฟาราเดย์ในสมการแมกซ์เวลล์ จะสร้างสนามแม่เหล็กขึ้น

การเขียนทางคณิตศาสตร์คือ:

∇×E=− ∂B /∂t

การเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กสร้างสนามไฟฟ้า:

เมื่อสนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลงตามเวลา ตามกฎของแอมแปร์พร้อมการเพิ่มเติมของแมกซ์เวลล์ในสมการแมกซ์เวลล์ จะสร้างสนามไฟฟ้าขึ้น

การเขียนทางคณิตศาสตร์คือ:

∇×B=μ0*ϵ0*∂E/∂t

สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กในคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าไม่สามารถเป็นศูนย์พร้อมกันได้

เนื่องจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแพร่กระจายผ่านการปฏิกิริยาของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก จึงเป็นไปไม่ได้ที่ทั้งสองจะเป็นศูนย์ในเวลาเดียวกัน หากสนามไฟฟ้าเป็นศูนย์ ตามกฎของฟาราเดย์ จะไม่มีการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็ก เช่นเดียวกัน ถ้าสนามแม่เหล็กเป็นศูนย์ ตามกฎของแอมแปร์-แมกซ์เวลล์ จะไม่มีการเปลี่ยนแปลงของสนามไฟฟ้า ดังนั้น การแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถเกิดขึ้นได้เฉพาะเมื่อมีทั้งสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กพร้อมกับการปฏิกิริยา

กรณีพิเศษ

แม้ว่าจะเป็นไปไม่ได้ที่สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กจะเป็นศูนย์พร้อมกันในคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่สม่ำเสมอ แต่อาจมีสถานการณ์ที่สนามไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็กเป็นศูนย์ในบางจุดเวลาหรือในพื้นที่ ตัวอย่างเช่น:

โหนด

ในบางตำแหน่ง สนามไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็กอาจเป็นศูนย์ แต่ไม่พร้อมกันตำแหน่งเหล่านี้เรียกว่าโหนด แต่เป็นช่วงเวลาที่สั้นและไม่คงที่

สรุป

ในคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่สม่ำเสมอ สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กไม่สามารถเป็นศูนย์พร้อมกันได้ การมีอยู่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้นอยู่กับสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่ตั้งฉากกันและปฏิกิริยาต่อกัน ทำให้แพร่กระจายผ่านพื้นที่ หากสนามไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็กใดๆ อย่างเดียวเป็นศูนย์ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าไม่สามารถเกิดขึ้นได้ ดังนั้น สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กในคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจะมีอยู่และปฏิกิริยาต่อกันเพื่อรักษาการแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า