这个方程为什么能说明电磁波的速度是光速
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解决时间 2021-12-03 02:20
- 提问者网友:了了无期
- 2021-12-02 18:31
这个方程为什么能说明电磁波的速度是光速
最佳答案
- 五星知识达人网友:天凉才是好个秋
- 2021-12-02 18:36
这么久了,楼主不需要啦吧
把单频单向传输电磁波的电场格式代入:E=A*e【-j(wt-kz)】代入该方程,可以得到左=-k^2*E, 右=-w^2*E
所以k^2=w^2*miu0*epsilon0
而miu0*epsilon0=1/c^2, k^2/w^2=1/v^2, v是该电磁波的相速度
所以v=c,即该自由空间电磁波的相速率是光速追问有没有先有过程,再得出结果的解法
你那个用结果直接往里带不太科学吧追答象cycycy90说的,这就是波动方程的一般解法,可以使用一套正交基,把方程的通解表达为不同的频率成分的叠加,在一定边界条件下去求出以此套正交基叠加方式表示的特定的解。
基于这种分解方法,也可以直接对时域和空域做两次傅氏变换,看起来更直观: -k^2 = -w^2*miu0*epsilon0 这个结果的前提是miu0和epsilon0在时空中均匀~
每个电磁波频率在真空中都是同样的相速度,所以不管电磁波中包含哪些频率成分,其相速度都是光速c。在介质中就不是这样了,相速度会随频率变化。
这种解法是现成的经验 -- 所以傅里叶很伟大啊;如果你不喜欢傅里叶变换这样的分解方法,用拉普拉斯变换,小波变换等也可以,但是刚好傅氏变换对于这个方程来说是最简洁最合适的。
数学就是这样啦~ 而物理用到很多的数学工具 -- 数学就是一种工具。希望没把你弄得糊涂。。。
把单频单向传输电磁波的电场格式代入:E=A*e【-j(wt-kz)】代入该方程,可以得到左=-k^2*E, 右=-w^2*E
所以k^2=w^2*miu0*epsilon0
而miu0*epsilon0=1/c^2, k^2/w^2=1/v^2, v是该电磁波的相速度
所以v=c,即该自由空间电磁波的相速率是光速追问有没有先有过程,再得出结果的解法
你那个用结果直接往里带不太科学吧追答象cycycy90说的,这就是波动方程的一般解法,可以使用一套正交基,把方程的通解表达为不同的频率成分的叠加,在一定边界条件下去求出以此套正交基叠加方式表示的特定的解。
基于这种分解方法,也可以直接对时域和空域做两次傅氏变换,看起来更直观: -k^2 = -w^2*miu0*epsilon0 这个结果的前提是miu0和epsilon0在时空中均匀~
每个电磁波频率在真空中都是同样的相速度,所以不管电磁波中包含哪些频率成分,其相速度都是光速c。在介质中就不是这样了,相速度会随频率变化。
这种解法是现成的经验 -- 所以傅里叶很伟大啊;如果你不喜欢傅里叶变换这样的分解方法,用拉普拉斯变换,小波变换等也可以,但是刚好傅氏变换对于这个方程来说是最简洁最合适的。
数学就是这样啦~ 而物理用到很多的数学工具 -- 数学就是一种工具。希望没把你弄得糊涂。。。
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- 1楼网友:不如潦草
- 2021-12-02 22:57
这个方程好像是有个特定解得,解得的答案是速度值,然后带入得到c。追问能否具体提说说,关于这个偏微分方程如何转化,我想要具体过程追答这个是大学电磁学的内容吧,我没学好。。。。自己查查吧。
- 2楼网友:千夜
- 2021-12-02 21:25
详见电磁学。
- 3楼网友:封刀令
- 2021-12-02 20:59
由波动方程的一般形式,可以判断出来!
- 4楼网友:杯酒困英雄
- 2021-12-02 19:51
实验测量可以测出u 和e,一算ue=c^2。从而算出电磁波速度=光速。亲。追问我数学不好,麻烦您帮我写写详细过程
- 5楼网友:英雄的欲望
- 2021-12-02 18:56
这是一个典型的2阶偏微分方程。左边是拉普拉斯算符,右边是2阶偏微分。这和自然界中的简谐振动方程和声音的波动方程是非常类似的。对于这个的推导,你可以参考声学的书籍,当然电磁学也可以,二者的本质是一样的,都是2阶偏微分方程。这个方程的通解是有的(也就是一个能够表示所有解的解),一维的通解是C*exp(-iwt+ikx),这里C是复数,exp是自然指数的意思。i是单位虚数,t是时间,x是x轴坐标,k是波数,w是角频率。可以看出这是一个随着时间和空间变化的波动解。决定波速的是k和w,这里k/w=c.波动是时间和空间共同作用的结果。可能我只是说,没有推导,但是整体的思想是这样的。推荐你看一下斯坦福大学的讲解声学的视频,第一章就是振动,你就会理解我的意思了。还是建议楼主多看看书吧,物理的书有光学,电磁学,声学都可以,数学的书就是数学物理方法(有的叫数学物理方程)。你都会领悟到这个方程的本质。
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