Struktura fali EM — pola E i B

Co się właśnie stało?

Fala EM to sprzężone drgania pola elektrycznego $E$ i magnetycznego $B$. Pole E drga w jednej płaszczyźnie (tu: pionowo), pole B w płaszczyźnie do niej prostopadłej (w głąb), a oba są prostopadłe do kierunku ruchu fali.

Orientacja pól:

Wektory E, B i kierunek ruchu $\vec{v}$ tworzą trójkę wzajemnie prostopadłą. Dlatego fala EM jest falą poprzeczną — pola drgają w poprzek kierunku, w którym fala się rozchodzi.

Zgodna faza i stały stosunek:

Pola E i B osiągają maksima i zera w tych samych chwilach — drgają w zgodnej fazie. Ich stosunek jest stały i równy prędkości światła $c \approx 3\cdot 10^8\,\text{m/s}$, więc gdy rośnie E, w tej samej proporcji rośnie B.

Czy fala EM potrzebuje ośrodka?

Nie. W przeciwieństwie do dźwięku fala elektromagnetyczna nie potrzebuje ośrodka — zmienne pole E wytwarza pole B i odwrotnie, więc fala „napędza się sama" i rozchodzi się także w próżni (np. światło ze Słońca).

Po co Ci to na maturze:

Klasyczne pytania: jak zorientowane są E i B (prostopadle, w zgodnej fazie), czy fala jest poprzeczna (tak), czy potrzebuje ośrodka (nie) oraz relacja $E/B=c$. Chwyt: narysuj trójkę $E\perp B\perp \vec{v}$ i pamiętaj o zgodnej fazie.

Zapamiętaj: w fali EM E ⊥ B ⊥ kierunek ruchu, oba pola drgają w zgodnej fazie, a E/B = c. To fala poprzeczna, która rozchodzi się nawet w próżni.