电磁波
麦克斯韦方程组预言了电场和磁场的自持波，它们以光速传播并涵盖整个电磁频谱。
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Definition
电磁波是电场和磁场的耦合振荡，在真空中是横向且同相的，它们满足源自麦克斯韦方程组的波动方程，并以光速通过空间或介质传输能量和动量。
Scope
该领域涵盖麦克斯韦方程组的波动解：真空和介质中的平面波及其他电磁波、偏振、波的能量和动量传输、界面处的反射和折射、色散和吸收，以及波导和传输线中的引导传播。它将整个电磁频谱视为单一现象，而辐射源的发射则在辐射与天线领域处理。
Sub-topics
Core questions
- 麦克斯韦方程组如何产生传播波？
- 波是如何偏振的，它们如何传输能量？
- 波在边界和色散介质中如何表现？
- 电磁波如何在结构中被引导？
Key concepts
- 波动方程
- 平面波
- 偏振
- 电磁频谱
- 相速度和群速度
- 反射和折射
- 色散
- 波导
Key theories
- 电磁波方程
- 结合麦克斯韦的旋度方程可以得到场的波动方程，其传播速度由电常数和磁常数决定，等于光速，从而将光识别为电磁波。
- 横向偏振平面波
- 在自由空间中，平面波的电场和磁场相互垂直，并垂直于传播方向，电场的方向定义了偏振。
- 电磁波的存在（赫兹）
- 赫兹在实验室中生成并检测到电磁波，证实了麦克斯韦的预测，并展示了类似于光的反射、折射和偏振现象。
Clinical relevance
电磁波是无线电和无线通信、雷达、光纤和自由空间光学、微波和毫米波系统以及从无线电到X射线在医学和工业中成像的基础。
History
麦克斯韦在19世纪60年代预测了电磁波，并将光识别为其中一种波。赫兹在1887-1888年通过实验证实了它们的存在，马可尼等人的无线电快速发展，加上菲涅尔的光学传统，确立了电磁频谱的统一性。
Key figures
- James Clerk Maxwell
- Heinrich Hertz
- Augustin-Jean Fresnel
Related topics
Seminal works
- jackson1998
- born1999
- hertz1893
Frequently asked questions
- 为什么电磁波以光速传播？
- 麦克斯韦方程组导出的波动方程的传播速度由介质的介电常数和磁导率决定；在真空中，这个速度等于测得的光速，表明光是一种电磁波。
- 无线电波和可见光是同一种东西吗？
- 是的；它们都是电磁波，仅在频率和波长上有所不同，共同构成了从无线电波到微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线的电磁频谱。