Электромагнитные волны в теории Максвелла

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. 

1. Физический энциклопедический словарь / гл. ред. А. М. Прохоров. М.: Сов. энцикл., 1983. 928 с.

2. Зоммерфельд, А. Оптика / А. Зоммерфельд. М.: Иностр. лит-ра, 1953. 490 с.

3. Калитеевский, Н. И. Волновая оптика / Н. И. Калитеевский. М.: Наука, 1971. 376 с.

4. Борн, М. Основы оптики / М. Борн, Э. Вольф. М.: Наука, 1973. 720 с.

5. Ландсберг, Г. С. Оптика / Г. С. Ландсберг. М.: Наука, 1976. 928 с.

6. Ахманов, С. А. Физическая оптика / С. А. Ахманов, С. Ю. Никитин. М.: Изд-во МГУ; Наука, 2004. 654 с.

7. Джексон, Дж. Классическая электродинамика / Дж. Джек-сон. М.: Мир, 1965. 702 с.

8. Фейнман, Р. Фейнмановские лекции по физике / Р. Фейнман, Р. Лейтон, М. Сэндс. 9-е изд. М.: URSS, 2016. Т. 6: Электродинамика. 352 с.

9. Тамм, И. Е. Основы теории электричества / И. Е. Тамм. М.: Наука, 1976. 616 с.

10. Ландау, Л. Д. Теория поля / Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц. М.: Наука, 1988. 504 с.

11. Кроуфорд, Ф. С. Берклеевский курс физики / Ф. С. Кроуфорд. М.: Наука, 1984. Т. 3: Волны. 512 с.

12. Орир, Дж. Физика / Дж. Орир. М.: Мир, 1981. Т. 1. 336 с.

13. Holiday, D. Fundamentals of Physics / D. Holiday, R. Resnick, J. Walker. 9th ed. John Wiley & Sons, 2010. 1330 p.

14. Математический энциклопедический словарь / гл. ред. Ю. В. Прохоров М.: Сов. энцик., 1988. 847 с.

15. Невдах, В. В. Описание световых волн в электромагнитной теории Максвелла / В. В. Невдах // Сб. тр. XI Междунар. конф. «Фундаментальные проблемы оптики – 2019», Санкт-Петербург, 21–25 окт. 2019 г. / под ред. проф. С. А. Козлова. СПб.: ИТМО, 2019. C. 98–100.

16. Невдах, В. В. Описание бегущих и стоячих электромагнитных волн в теории Максвелла / В. В. Невдах // Приборостроение – 2019: материалы 12-й Междунар. науч.-техн. конф., 13–15 нояб. 2019 г. Минск: БНТУ, 2019. С. 402–404.