Supplement 1.2: De vergelijkingen van Maxwell oplossen voor elektromagnetische golven    (3/3)

Vlakke monochromatische golven      (vervolg)

Golven die zich in willekeurige richtingen a voortplanten kunnen verkregen worden door het golfgetal k in een vector met de richting van de voortplantende golf, k a om te zetten. Dit is de golfvector k , met | k |= k=2π /λ .

Het elektrisch en magnetisch veld van golven die zich in een richting voortplanten gegeven door de oriëntatie van k  is dan:

E ( r ,t)= E o sin( k r ωt )          B ( r ,t)= B o sin( k r ωt )

Welke relatie bestaat er tussen E en B ? Ze zijn met elkaar verbonden in de derde en vierde vergelijking van Maxwell. Bv. de derde vergelijking luidt:

× E = B t

We kiezen een elektromagnetisch golf die zich in de richting x voortplant. Aangezien de veldvectoren loodrecht op x staan, reduceren ze in cartesiaanse coördinaten tot:

E =( 0, E y , E z )            B =( 0, B y , B z )

Met deze vectoren wordt de derde vergelijking van Maxwell:

y-component:            E z x = B y t
z-component:            E y x = B z t

(de x-component wordt nul, aangezien Bx=0).

Vraag 2:
Derde vergelijking van Maxwell in cartesiaanse componenten

 

Om de y-component op te lossen kiezen we een sinusoïdaal elektrisch veld Ez:

E z = E z,o sin( kxωt )

Met de partieel afgeleide ten opzichte van x, E z x , krijgt men voor de y-component van het magnetisch veld:

B y = E z x dt = k ω E z

Op dezelfde wijze geeft het oplossen van de z-component van de vergelijking van Maxwell:

B z = k ω E y

De vergelijkingen van beide componenten kunnen in een vectorvergelijking gecombineerd worden:

B = k ω a × E

waarin a weer een eenheidsvector is die in de richting van de voortplanting van de golf wijst. De relaties bewijzen dat

  • E en B en de voortplantingsrichting van de golf allemaal loodrecht op elkaar staan (wat we hierboven al vonden) en
  • E en B hebben in ieder punt een identieke fase (bv. bij het doorlopen van nul, maxima, ...), zoals getoond in de grafiek in hoofdstuk 1, het gedeelte elektromagnetische golven.