هل يمكنك شرح الفرق بين المجال الكهربائي المتأرجح والمجال المغناطيسي المتأرجح؟

حقل الكهربائي المتذبذب (Oscillating Electric Field) والحقل المغناطيسي المتذبذب (Oscillating magnetic field) هما مكونان مهمان للموجة الكهرومغناطيسية، وهما مترابطان ومتكافئان في عملية انتشار الموجة الكهرومغناطيسية. فيما يلي تفصيل الفرق بين الحقل الكهربائي المتذبذب والحقل المغناطيسي المتذبذب وتفاعلاتهما:

حقل الكهربائي المتذبذب

التعريف: حقل كهربائي متذبذب هو حقل كهربائي يتغير بشكل دوري مع الزمن والمكان. في الموجات الكهرومغناطيسية، تتغير اتجاه ومقدار الحقل الكهربائي مع الزمن كدالة جيب أو جيب التمام.

خصائص خاصة

• الاتجاه: اتجاه الحقل الكهربائي المتذبذب ثابت، عادة ما يكون عموديًا على اتجاه انتشار الموجة الكهرومغناطيسية.

• شدة: تتغير شدة الحقل الكهربائي المتذبذب مع الزمن، وتكون تردده مساوياً لتردده الموجة الكهرومغناطيسية.

• القطبية: تحدد اتجاه القطبية للحقل الكهربائي المتذبذب خصائص القطبية للموجة الكهرومغناطيسية، والتي يمكن أن تكون قطبية خطية أو دائرية أو بيضاوية.

الأثر

يمكن لحقل كهربائي متذبذب أن يمارس قوة على جسيم مشحون، مما يجعله يتحرك أو يتسارع. في عملية انتشار الموجة الكهرومغناطيسية، يتم إنتاج حقل مغناطيسي متذبذب بواسطة تغير حقل الكهربائي المتذبذب.

حقل المغناطيسي المتذبذب

التعريف: حقل مغناطيسي متذبذب هو حقل مغناطيسي يتغير بشكل دوري مع الزمن والمكان. في الموجات الكهرومغناطيسية، تتغير اتجاه ومقدار الحقل المغناطيسي أيضًا مع الزمن كدالة جيب أو جيب التمام.

خصائص خاصة

• الاتجاه: اتجاه الحقل المغناطيسي المتذبذب ثابت، عادة ما يكون عموديًا على اتجاه انتشار الموجة الكهرومغناطيسية، وعموديًا على اتجاه الحقل الكهربائي المتذبذب.

• شدة: تختلف شدة الحقل المغناطيسي المتذبذب مع الزمن، وتكون تردده مساوياً لتردده الموجات الكهرومغناطيسية.

• العلاقة مع الحقل الكهربائي: هناك علاقة تناسب ثابتة بين قوة الحقل المغناطيسي المتذبذب وقوة الحقل الكهربائي المتذبذب، وهيE =c B حيث c هي سرعة الضوء.

وظائف

يمكن للحقول المغناطيسية المتذبذبة أن تطبق قوة (قوة لورنتز) على الجسيمات المشحونة، مما يجعلها تتحرك أو تتسارع.في عملية انتشار الموجة الكهرومغناطيسية، يؤدي تغير الحقل المغناطيسي المتذبذب إلى إنتاج حقل كهربائي متذبذب جديد.

التفاعل بين الحقل الكهربائي المتذبذب والحقل المغناطيسي المتذبذب

آلية انتشار الموجة الكهرومغناطيسية

في الموجات الكهرومغناطيسية، يكون الحقل الكهربائي المتذبذب والحقل المغناطيسي المتذبذب عموديين على بعضهما البعض وعلى اتجاه انتشار الموجة.

يفضي تغير الحقل الكهربائي المتذبذب إلى ظهور حقل مغناطيسي متذبذب، ويفضي تغير الحقل المغناطيسي المتذبذب إلى ظهور حقل كهربائي متذبذب جديد. هذا التفاعل يسمح للموجات الكهرومغناطيسية بالانتقال عبر الفراغ.

معادلات ماكسويل

قانون فارادي في معادلات ماكسويل يصف كيف يمكن لتغير الحقل الكهربائي أن ينتج حقلًا مغناطيسيًا:

 ∇×E=− ∂B/∂t

قانون أمبير مع إضافة ماكسويل في معادلات ماكسويل يصف كيف يمكن لتغير الحقل المغناطيسي أن ينتج حقلًا كهربائيًا:

∇×B=μ0ϵ0 ∂E/∂t

التزامن بين الحقل الكهربائي المتذبذب والحقل المغناطيسي المتذبذب

في الموجات الكهرومغناطيسية الموحدة، هناك علاقة تزامن صارمة بين الحقل الكهربائي المتذبذب والحقل المغناطيسي المتذبذب:

علاقة الطور

في الموجات الكهرومغناطيسية، يكون الفرق الطوري بين الحقل الكهربائي المتذبذب والحقل المغناطيسي المتذبذب 90∘ أو π/2 راديان. هذا يعني أنه عندما يكون الحقل الكهربائي في أعلى قيمة له، يكون الحقل المغناطيسي تمامًا صفرًا، والعكس صحيح.

نقل الطاقة

تنقل طاقة الموجة الكهرومغناطيسية بشكل متبادل بين الحقل الكهربائي والحقل المغناطيسي، مما يشكل انتشار الموجة.

ملخص

الحقل الكهربائي المتذبذب والحقل المغناطيسي المتذبذب هما مكونان أساسيان للموجة الكهرومغناطيسية، وهما يتفاعلان مع بعضهما خلال انتشار الموجة الكهرومغناطيسية، ويكونان عموديين على بعضهما وعلى اتجاه انتشار الموجة. يؤدي تغير الحقل الكهربائي المتذبذب إلى ظهور الحقل المغناطيسي المتذبذب، ويفضي تغير الحقل المغناطيسي المتذبذب إلى ظهور حقل كهربائي متذبذب جديد، وهذا التفاعل يسمح للموجة الكهرومغناطيسية بالانتشار في الفراغ. يمكن وصف العملية بمزيد من التفصيل بواسطة معادلات ماكسويل، وهناك علاقة طور صارمة بين الحقل الكهربائي المتذبذب والحقل المغناطيسي المتذبذب.