Электромагнитные волны в теории Максвелла

Abstract

Существующее в физической литературе описание плоской бегущей электромагнитной волны одинаковыми решениями волновых уравнений для напряженностей электрического и магнитного полей является физически некорректным, поскольку такие решения противоречат физическому смыслу уравнений Максвелла и нарушают закон сохранения энергии. В статье дано физически корректное описание электромагнитных волн в рамках теории Максвелла. Предложены новые решения волновых уравнений Максвелла для бегущей электромагнитной волны, в которых напряженности ее электрической и магнитной компонент изменяются во времени со сдвигами на четверть периода и на четверть длины волны по координате. Решения описывают бегущую электромагнитную волну, в которой последовательно происходит преобразование энергии электрической компоненты в энергию магнитной компоненты и обратно; плотность полной энергии волны без потерь остается постоянной в пространстве в любой момент времени; взаимная ориентация векторов напряженностей электрического, магнитного полей и фазовой скорости изменяется с левовинтовой тройки на правовинтовую тройку через каждую четверть длины волны; плотность потока энергии бегущей волны описывается вектором Умова. Показано, что для образования стоячей электромагнитной волны не требуется потеря полуволны одной из компонент отраженной на границе раздела сред волны. В стоячей волне плотность полной энергии остается постоянной по времени, но является функцией координат: в пространстве есть точки, в которых плотность полной энергии волны в любой момент времени равна нулю, – это узлы, и есть точки, в которых она имеет максимальное значение, – это пучности. Из-за неоднородности распределения плотности полной энергии волны в пространстве стоячая электромагнитная волна не может рассматриваться как гармонический осциллятор, а бегущая электромагнитная волна без потерь – может.