Můžete vysvětlit rozdíl mezi oscilujícím elektrickým polem a oscilujícím magnetickým polem?

Kmitající elektrické pole (Oscillating Electric Field) a kmitající magnetické pole (Oscillating magnetic field) jsou důležitými komponentami elektromagnetické vlny a jsou vzájemně propojeny a závislé během procesu šíření elektromagnetické vlny. Níže jsou podrobně popsány rozdíly mezi kmitajícím elektrickým a kmitajícím magnetickým polem a jejich interakce:

Kmitající elektrické pole

Definice: Kmitající elektrické pole je elektrické pole, které se periodicky mění s časem a prostorem. V elektromagnetických vlnách se směr a velikost elektrického pole mění s časem jako sinusová nebo kosinusová funkce.

Specifičnost

• Směr: Směr kmitajícího elektrického pole je pevně daný, obvykle kolmý na směr šíření elektromagnetické vlny.

• Intenzita: Intenzita kmitajícího elektrického pole se mění s časem a jeho frekvence je rovna frekvenci elektromagnetické vlny.

• Polarizace: Směr polarizace kmitajícího elektrického pole určuje polarizační charakteristiky elektromagnetické vlny, které mohou být lineární polarizace, kruhová polarizace nebo eliptická polarizace.

Účinek

Kmitající elektrické pole může působit silou na nabitou částici, což ji přiměje k pohybu nebo zrychlení. Během šíření elektromagnetické vlny je generováno kmitající magnetické pole změnou kmitajícího elektrického pole.

Kmitající magnetické pole

Definice: Kmitající magnetické pole je magnetické pole, které se periodicky mění s časem a prostorem. V elektromagnetických vlnách se směr a velikost magnetického pole také mění s časem jako sinusová nebo kosinusová funkce.

Specifičnost

• Směr: Směr kmitajícího magnetického pole je pevně daný, obvykle kolmý na směr šíření elektromagnetické vlny a kolmý na směr kmitajícího elektrického pole.

• Intenzita: Intenzita kmitajícího magnetického pole se mění s časem a frekvence jeho změny je také rovna frekvenci elektromagnetické vlny.

• Vztah k elektrickému poli: Existuje pevný úměrnostní vztah mezi intenzitou kmitajícího magnetického pole a intenzitou kmitajícího elektrického pole, tj. E = c * B, kde c je rychlost světla.

Funkce

Kmitající magnetické pole může působit silou (Lorentzova síla) na nabitou částici, což ji přiměje k pohybu nebo zrychlení. Během šíření elektromagnetické vlny změna kmitajícího magnetického pole vygeneruje nové kmitající elektrické pole.

Interakce mezi kmitajícím elektrickým a kmitajícím magnetickým polem

Mechanismus šíření elektromagnetické vlny

V elektromagnetických vlnách jsou kmitající elektrické a magnetické pole kolmé na sebe a kolmé na směr šíření vlny.

Změna kmitajícího elektrického pole vedoucí k vytvoření kmitajícího magnetického pole a změna kmitajícího magnetického pole vedoucí k vytvoření nového kmitajícího elektrického pole umožňují elektromagnetické vlně putovat skrz vakuum.

Maxwellovy rovnice

Faradayho zákon v Maxwellových rovnicích popisuje, jak se změnou elektrického pole vygeneruje magnetické pole:

 ∇×E=− ∂B/∂t

Ampérovy zákon s Maxwellovým doplňkem v Maxwellových rovnicích popisuje, jak se změnou magnetického pole vygeneruje elektrické pole:

∇×B=μ0ϵ0 ∂E/∂t

Synchronizace kmitajícího elektrického a kmitajícího magnetického pole

V homogenních elektromagnetických vlnách existuje přísný synchronizační vztah mezi kmitajícím elektrickým a kmitajícím magnetickým polem:

Fázový vztah

V elektromagnetických vlnách je fázový rozdíl mezi kmitajícím elektrickým a magnetickým polem 90° nebo π/2 radiánů. To znamená, že když je elektrické pole v maximální hodnotě, magnetické pole je přesně nulové a naopak.

Přenos energie

Energie elektromagnetické vlny se střídavě přenáší mezi elektrickým a magnetickým polem, tvoříce šíření vlny.

Shrnutí

Kmitající elektrické pole a kmitající magnetické pole jsou dvě základní komponenty elektromagnetické vlny, které se vzájemně interagují během šíření elektromagnetické vlny, jsou kolmé na sebe a kolmé na směr šíření vlny. Změna kmitajícího elektrického pole vedoucí k vytvoření kmitajícího magnetického pole a změna kmitajícího magnetického pole vedoucí k vytvoření nového kmitajícího elektrického pole umožňují elektromagnetické vlně šířit se ve vakuu. Proces lze podrobně popsat pomocí Maxwellových rovnic a mezi kmitajícím elektrickým a kmitajícím magnetickým polem existuje přísný fázový vztah.