Supplement 1.2: De vergelijkingen van Maxwell oplossen voor elektromagnetische golven (3/3)
Vlakke monochromatische golven (vervolg)
Golven die zich in willekeurige richtingen voortplanten kunnen verkregen worden door het golfgetal k in een vector met de richting van de voortplantende golf, om te zetten. Dit is de golfvector , met .
Het elektrisch en magnetisch veld van golven die zich in een richting voortplanten gegeven door de oriëntatie van is dan:
Welke relatie bestaat er tussen en ? Ze zijn met elkaar verbonden in de derde en vierde vergelijking van Maxwell. Bv. de derde vergelijking luidt:
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:
Met deze vectoren wordt de derde vergelijking van Maxwell:
(de x-component wordt nul, aangezien Bx=0).
Derde vergelijking van Maxwell in cartesiaanse componenten
Om de y-component op te lossen kiezen we een sinusoïdaal elektrisch veld Ez:
Met de partieel afgeleide ten opzichte van x, , krijgt men voor de y-component van het magnetisch veld:
Op dezelfde wijze geeft het oplossen van de z-component van de vergelijking van Maxwell:
De vergelijkingen van beide componenten kunnen in een vectorvergelijking gecombineerd worden:
waarin weer een eenheidsvector is die in de richting van de voortplanting van de golf wijst. De relaties bewijzen dat
- en en de voortplantingsrichting van de golf allemaal loodrecht op elkaar staan (wat we hierboven al vonden) en
- en 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.