Kan du forklare forskellen mellem et oscillerende elektrisk felt og et oscillerende magnetisk felt?

Oscillerende elektrisk felt (oscillerende elektrisk felt) og oscillerende magnetfelt (oscillerende magnetfelt) er vigtige komponenter i elektromagnetiske bølger, og de er forbundet og afhængige af hinanden under udbredelsen af elektromagnetiske bølger. Nedenfor gives detaljer om forskellen mellem oscillerende elektriske felter og oscillerende magnetfelter samt deres interaktioner:

Oscillerende elektrisk felt

Definition: Et oscillerende elektrisk felt er et elektrisk felt, der varierer periodisk med tid og rum. I elektromagnetiske bølger varierer retningen og styrken af det elektriske felt over tid som en sinus- eller cosinusfunktion.

Egenskaber

• Retning: Retningen af det oscillerende elektriske felt er fast, normalt vinkelret på udbredelsesretningen for den elektromagnetiske bølge.

• Intensitet: Intensiteten af det oscillerende elektriske felt ændrer sig over tid, og dens frekvens er lig med frekvensen for den elektromagnetiske bølge.

• Polarisering: Polariseringsretningen for det oscillerende elektriske felt bestemmer polariseringskarakteristika for den elektromagnetiske bølge, som kan være lineær polarisering, cirkulær polarisering eller elliptisk polarisering.

Effekt

Et oscillerende elektrisk felt kan udfolde en kraft på en opladen partikel, hvilket får den til at bevæge sig eller accelerere. Under udbredelsen af elektromagnetiske bølger vil et oscillerende magnetfelt blive genereret af ændringer i det oscillerende elektriske felt.

Oscillerende magnetfelt

Definition: Et oscillerende magnetfelt er et magnetfelt, der ændrer sig periodisk med tid og rum. I elektromagnetiske bølger ændrer også retningen og styrken af det magnetiske felt sig over tid som en sinus- eller cosinusfunktion.

Egenskaber

• Retning: Retningen af det oscillerende magnetfelt er fast, normalt vinkelret på udbredelsesretningen for den elektromagnetiske bølge, og vinkelret på retningen af det oscillerende elektriske felt.

• Intensitet: Intensiteten af det oscillerende magnetfelt ændrer sig over tid, og frekvensen for dets ændring er også lig med frekvensen for elektromagnetiske bølger.

• Forhold til elektrisk felt: Der findes et fast proportionalitetsforhold mellem styrken af det oscillerende magnetfelt og styrken af det oscillerende elektriske felt, nemlig E = c * B, hvor c er lysets hastighed.

Funktioner

Oscillerende magnetfelter kan udfolde en kraft (Lorentzkraft) på opladte partikler, hvilket får dem til at bevæge sig eller accelerere. Under udbredelsen af elektromagnetiske bølger vil ændringer i det oscillerende magnetfelt producere et nyt oscillerende elektrisk felt.

Interaktion mellem oscillerende elektrisk felt og oscillerende magnetfelt

Udbredelsesmekanisme for elektromagnetiske bølger

I elektromagnetiske bølger er de oscillerende elektriske og magnetiske felter vinkelrette på hinanden og vinkelrette på bølgens udbredelsesretning.

Ændringer i det oscillerende elektriske felt fører til oprettelsen af et oscillerende magnetfelt, og ændringer i det oscillerende magnetfelt fører til oprettelsen af et nyt oscillerende elektrisk felt. Denne interaktion gør det muligt for elektromagnetiske bølger at rejse igennem vakuum.

Maxwells ligninger

Faradays lov i Maxwells ligninger beskriver, hvordan et ændrende elektrisk felt giver anledning til et magnetfelt:

 ∇×E=− ∂B/∂t

Amperes lov med Maxwells tillæg i Maxwells ligninger beskriver, hvordan et ændrende magnetfelt producerer et elektrisk felt:

∇×B=μ0ϵ0 ∂E/∂t

Synkronisering af oscillerende elektrisk felt og oscillerende magnetfelt

I uniforme elektromagnetiske bølger findes der et strengt synkroniseringsforhold mellem det oscillerende elektriske felt og det oscillerende magnetfelt:

Faseforhold

I elektromagnetiske bølger er faseforskellen mellem det oscillerende elektriske og det oscillerende magnetiske felt 90° eller π/2 radianer. Dette betyder, at når det elektriske felt er på sit maksimum, er det magnetiske felt præcis nul, og vice versa.

Energiforskydning

Energien i elektromagnetiske bølger overføres alternativt mellem elektrisk felt og magnetfelt, hvilket danner bølgeudbredelse.

Sammenfatning

Oscillerende elektriske felter og oscillerende magnetfelter er to grundlæggende komponenter i elektromagnetiske bølger, som interagerer med hinanden under udbredelsen af elektromagnetiske bølger, vinkelrette på hinanden, og vinkelrette på bølgens udbredelsesretning. Ændringer i det oscillerende elektriske felt fører til oprettelsen af det oscillerende magnetfelt, og ændringer i det oscillerende magnetfelt fører til oprettelsen af et nyt oscillerende elektrisk felt, og denne interaktion gør det muligt for elektromagnetiske bølger at udbrede sig i vakuum. Processen kan detaljeret beskrives ved hjælp af Maxwells ligninger, og der findes et strengt faseforhold mellem det oscillerende elektriske felt og det oscillerende magnetfelt.