先備知識電振盪與電磁波靜電力與電場

馬克士威方程式與光速

從描述電與磁的4⁠個方程式,推導出在真空中傳播的波。振幅不同的2⁠個電磁波,從同一位置同時出發。

電場の振幅を2⁠倍にすると、波の速さは何倍か?

用公式解釋現象

  1. 1求通過封閉曲面的電通量∮ E · dS=⁠Qε₀……
  2. 2將穿出小盒子的淨電通量除以體積∇ · E=⁠ρε₀……
  3. 3由通過封閉曲面的磁通量求磁場的散度∇ · B=⁠0……
  4. 4以電場的旋度表示電磁感應定律∇ × E=⁠−∂B∂t……
  5. 5以旋度表示穩定電流產生的磁場穩定電流的情況:∇ × B=⁠μ₀ J……
  6. 6將穩定電流的方程式用於充電過程,找出其中的矛盾∇ · (∇ × B)= 0 ≠μ₀ ∇ · J……
  7. 7加入位移電流密度,推廣至隨時間變化的情況∇ × B=⁠μ₀ J+⁠μ₀ ε₀ ∂E∂t……
  8. 8在真空中,對電場方程式再次取旋度∇ × (∇ × E)=⁠−μ₀ ε₀ ∂²E∂t²……
  9. 9利用向量恆等式,化為波動方程式∂²E∂t²=⁠(1μ₀ε₀) ∇²E……
  10. 10以符號A⁠表示振幅,代入波動方程式Ey = A f(x − c t):c 與 A 無關……
  11. 11將極化效應納入介電常數ε⁠,求出波速v=⁠1√(ε μ₀)=⁠c√εr……
  12. 進階:網格計算與能量
  13. 12在網格上求解∂Bz∂t = −∂Ey∂x⁠,∂Ey∂t = −c² ∂Bz∂x……
  14. 13求電磁波的能量流S = E × Bμ₀⁠、|S| = ε₀ c |E|²(真空中的行進平面波)……