Электромагнитные волны

6.2.1. Волновые уравнения для электромагнитной волны (ЭМВ).
Уравнение плоской монохроматической ЭМВ.

В § 4.2.8 было отмечено, что из полной системы уравнений Максвелла вытекает существование электромагнитного поля в виде ЭМВ. Покажем это на конкретном примере. Пусть имеется однородная, изотропная пластина из диэлектрика (рис. 6.13, а), заполняющая полупространство (, рис. 6.13, а). Во всех точках плоскости уОz, на входе пластинысоздаются гармонические колебания вектора напряженности электрического поля вдоль оси Оу .Считается, что в пластине отсутствуют электрические заряды (q =0) и токи проводимости (j _пр=0), а значения относительных диэлектрической и магнитной проницаемостей среды являются постоянными, т.е. среда не является ферромагнитной и сегнетоэлектрической.

Запишем первое уравнение Максвелла в дифференциальной форме (формула (4.67)):

.

Из начальных условий и соображений симметрии для рассматриваемого примера следует, что зависимости вектора от координат у и z не будет, также не будет составляющей вектора вдоль оси Оz:

, , .

Оставим только зависящие от времени решения, так как только они приводят к возникновению ЭМВ в среде, и в итоге получим одно скалярное уравнение

. (6.41)

Аналогично, из второго уравнения Максвелла можно записать

,

 

. (6.42)

Возьмем частную производную по координате х от уравнения (6.41) и частную производную по времени t от уравнения (6.42):

,

 

. (6.43)

Аналогично, беря частные производные по времени t от (6.41) и по координате х от (6.42), получим

,

 

. (6.44)

 

Если сопоставить выражения (6.43) и (6.44) с уравнением (6.6), то можно сказать, что они являются волновыми уравнениями. Решением этих волновых уравнений являются плоские монохроматические волны электрического и магнитного полей

, (6.45)

, (6.46)

распространяющихся вдоль оси Ох с фазовой скоростью

, (6.47)

где с - скорость света в вакууме.

Итак, ЭМВ представляет собой распространяющиеся в пространстве две волны электрического и магнитного полей, взаимосвязанных друг с другом, порождающих одна другую.

В общем случае волновые уравнения для ЭМВ будут соответствовать волновому уравнению (6.7):

, . (6.48)