آیا می‌توانید تفاوت بین یک میدان الکتریکی نوسانی و یک میدان مغناطیسی نوسانی را توضیح دهید

میدان الکتریکی نوسانی (میدان الکتریکی نوسانی) و میدان مغناطیسی نوسانی (میدان مغناطیسی نوسانی) اجزای مهم موج الکترومغناطیس هستند و در فرآیند انتشار موج الکترومغناطیس به یکدیگر وابسته و مرتبط هستند. تفاوت بین میدان الکتریکی نوسانی و میدان مغناطیسی نوسانی و تعاملات آنها در ادامه شرح داده شده است:

میدان الکتریکی نوسانی

تعریف: میدان الکتریکی نوسانی، میدانی است که با زمان و مکان به صورت دوره‌ای تغییر می‌کند. در موج‌های الکترومغناطیسی، جهت و شدت میدان الکتریکی با زمان به صورت تابع سینوسی یا کسینوسی تغییر می‌کند.

خصوصیات

• جهت: جهت میدان الکتریکی نوسانی ثابت است و معمولاً عمود بر جهت انتشار موج الکترومغناطیس است.

• شدت: شدت میدان الکتریکی نوسانی با زمان تغییر می‌کند و فرکانس آن برابر با فرکانس موج الکترومغناطیس است.

• قطبش: جهت قطبش میدان الکتریکی نوسانی مشخص‌کننده خصوصیات قطبش موج الکترومغناطیس است که می‌تواند قطبش خطی، دایره‌ای یا بیضوی باشد.

اثرات

میدان الکتریکی نوسانی می‌تواند نیرویی را بر روی ذره باردار وارد کند و آن را به حرکت یا شتاب دهد. در فرآیند انتشار موج الکترومغناطیسی، میدان مغناطیسی نوسانی توسط تغییرات میدان الکتریکی نوسانی ایجاد می‌شود.

میدان مغناطیسی نوسانی

تعریف: میدان مغناطیسی نوسانی، میدانی است که با زمان و مکان به صورت دوره‌ای تغییر می‌کند. در موج‌های الکترومغناطیسی، جهت و شدت میدان مغناطیسی نیز با زمان به صورت تابع سینوسی یا کسینوسی تغییر می‌کند.

خصوصیات

• جهت: جهت میدان مغناطیسی نوسانی ثابت است و معمولاً عمود بر جهت انتشار موج الکترومغناطیس و عمود بر جهت میدان الکتریکی نوسانی است.

• شدت: شدت میدان مغناطیسی نوسانی با زمان تغییر می‌کند و فرکانس تغییر آن نیز برابر با فرکانس موج الکترومغناطیس است.

• رابطه با میدان الکتریکی: بین شدت میدان مغناطیسی نوسانی و شدت میدان الکتریکی نوسانی رابطه تناسبی ثابت وجود دارد، یعنی E = cB که در آن c سرعت نور است.

کاربردها

میدان‌های مغناطیسی نوسانی می‌توانند نیرویی (نیروی لورنتس) بر ذره‌های باردار وارد کنند و آن‌ها را به حرکت یا شتاب دهند. در فرآیند انتشار موج الکترومغناطیسی، تغییرات میدان مغناطیسی نوسانی میدان الکتریکی نوسانی جدیدی را ایجاد می‌کند.

تعامل بین میدان الکتریکی نوسانی و میدان مغناطیسی نوسانی

مکانیسم انتشار موج الکترومغناطیسی

در موج‌های الکترومغناطیسی، میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی نوسانی عمود بر یکدیگر و عمود بر جهت انتشار موج هستند.

تغییرات میدان الکتریکی نوسانی منجر به ایجاد میدان مغناطیسی نوسانی می‌شود و تغییرات میدان مغناطیسی نوسانی منجر به ایجاد میدان الکتریکی نوسانی جدید می‌شود. این تعامل اجازه می‌دهد تا موج‌های الکترومغناطیسی در خلاء پخش شوند.

معادلات ماکسول

قانون فارادی در معادلات ماکسول توضیح می‌دهد که چگونه یک میدان الکتریکی متغیر میدان مغناطیسی را ایجاد می‌کند:

 ∇×E=− ∂B/∂t

قانون آمپر با اضافه‌ی ماکسول در معادلات ماکسول توضیح می‌دهد که چگونه یک میدان مغناطیسی متغیر میدان الکتریکی را ایجاد می‌کند:

∇×B=μ0ϵ0 ∂E/∂t

همگام‌سازی میدان الکتریکی نوسانی و میدان مغناطیسی نوسانی

در موج‌های الکترومغناطیسی یکنواخت، بین میدان الکتریکی نوسانی و میدان مغناطیسی نوسانی رابطه‌ی همگام‌سازی دقیقی وجود دارد:

رابطه‌ی فازی

در موج‌های الکترومغناطیسی، اختلاف فاز بین میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی نوسانی 90∘ یا π/2 رادیان است. این به این معنی است که وقتی میدان الکتریکی در حداکثر خود است، میدان مغناطیسی دقیقاً صفر است و بالعکس.

انتقال انرژی

انرژی موج الکترومغناطیسی به طور متناوب بین میدان الکتریکی و میدان مغناطیسی منتقل می‌شود و انتشار موج را تشکیل می‌دهد.

خلاصه

میدان الکتریکی نوسانی و میدان مغناطیسی نوسانی دو مؤلفه‌ی اساسی موج الکترومغناطیسی هستند که در فرآیند انتشار موج الکترومغناطیسی با یکدیگر تعامل دارند، عمود بر یکدیگر هستند و عمود بر جهت انتشار موج. تغییرات میدان الکتریکی نوسانی منجر به ایجاد میدان مغناطیسی نوسانی می‌شود و تغییرات میدان مغناطیسی نوسانی منجر به ایجاد میدان الکتریکی نوسانی جدید می‌شود و این تعامل امکان انتشار موج الکترومغناطیسی در خلاء را فراهم می‌کند. این فرآیند می‌تواند با استفاده از معادلات ماکسول به طور دقیق توصیف شود و بین میدان الکتریکی نوسانی و میدان مغناطیسی نوسانی رابطه‌ی فازی دقیقی وجود دارد.