电磁波的图像为什么是磁场强度和电场强度成正比的?

来源：学生作业帮编辑：作业帮分类：物理作业时间：2024/10/01 21:04:36

电磁波的图像为什么是磁场强度和电场强度成正比的?
电场不是由磁场变化产生的吗?应该变化率越大强度越大的.
而磁场强度最大时变化率为零（电场强度应为零）,磁场强度为零时变化率最大（电场强度应最大）.
那图像不就应该时电场强度和磁场强度差π/2吗?

问得是不错,要是你学到电动力学和电磁场与电磁波的课程就能理解了
你说的几处内容并不是很合理,我下面澄清些概念:
我在此简单说明些概念:
1)首先指出,对于电磁波的确是变化的电场和磁场的传播,但是电场强度和磁场强度并不一定是成正比的关系,在不同的介质当中电传强度和磁场强度之间的关系不同.这里的电场强度和磁场强度都是矢量,在向同性的均匀介质当中电场强度矢量的模是和磁场强度矢量的模是成正比的,这个比值定义为介质的阻抗(等于均匀介质的磁导率除以介电常数后开根号).另外在均匀介质中传播的平面电磁波的电场强度矢量和磁场强度矢量相位差为0并不是π/2.
这里还需指出,在其他介质(比如各向异性介质,双向异性介质,非线性介质等)当中的电磁波,电场强度矢量的模和磁场强度矢量的模之间的关系就很复杂了,并不是正比关系.
对于上面的内容,你只需在自由空间或是各向同性的均匀介质(无源)中求解一次麦克斯维方程组,就可以得到精确的平面波解析解,这样上面的关系就一目了然了.
这里我再说一下关于相位差的问题(针对于各向同性的均匀介质(无源空间)中的平面电磁波):
在无源空间中,电场的确是与变化的磁场有关的,但是这个关系并不是电场正比于变化的磁场!而是电场的旋度正比与变化的磁场(可以去查看麦克斯维方程组),所以最终计算出的结果电场和磁场之间相位差为零.
这样也就解释了你第三个问题:
对于各向同性的均匀介质(无源空间)中的平面电磁波:磁场强度最大时变化率为零,此时是电场的旋度为零,电场本身不为零!磁场强度为零时变化率最大,此时只是电场的旋度最大,电场本身不是最大!
2)第二个概念要说明的是:
电场是可以由变化的磁场产生的,但是除了变化的磁场以外,电荷本身也能产生电场(为有散无旋电场),变化的磁场产生的是有旋无散电场(中学课本上称为涡旋电场)
在麦克斯维方程中明确写出了:
电场的散度源是电荷
而电场的旋度源是变化的磁场
一定要明确的是:电磁波一定是由某种源产生的(提供能量).这个源往往是运动的电荷(比如各种天线就相当于一个振荡的偶极子向外辐射电磁波).
而你的所有问题都讨论的是"无源空间中的电磁波的传播问题".在这个问题中麦克斯维方程组中的电荷和电流源全为零,电场只和变化的磁场有关,但是必须注意,麦克斯维方程组中表示的是电场旋度和变化的磁场成正比,并不是电场本身和变化的磁场成正比.同时还说明了磁场的旋度也与变化的电场成正比,这是一个偶合的方程,要通过求解方程才能得到结论.

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