¿Qué causa las perturbaciones en los campos que producen las ondas electromagnéticas?

Question

Sé que la radiación electromagnética está sincronizada por las oscilaciones de los campos eléctricos y magnéticos, pero ¿qué causa la perturbación de los campos para crear las ondas en primer lugar?

Answer 1

En términos clásicos, la radiación electromagnética es una oscilación de campos eléctricos y magnéticos que se propaga.

La aceleración de las partículas cargadas provoca esas oscilaciones - el movimiento de las cargas y los campos eléctricos y magnéticos están acoplados - ver Ecuaciones de Maxwell .

Por ejemplo, una antena emite radiación electromagnética cuando una corriente alterna fluye en el conductor de la antena; es decir, cuando las cargas se mueven dentro de la antena.

Answer 2

Hay varios mecanismos para crear/causar ondas electromagnéticas:

• Macroscópicamente: carga aceleradora (no basta con moverse a velocidad constante; por eso conducimos las antenas con un alternando corriente que empuja a los electrones de un lado a otro).
• Microscópicamente: espontánea (es decir, sin causa) Piensa en átomos exicados que emiten un fotón. Esto es lo que ocurre en los materiales de fósforo sobre los que se proyecta la luz.
• Microscópicamente: estimulada por una onda ya presente; esto es lo que ocurre en un láser cuando un fotón hace que un átomo excitado emita otro fotón

Es probable que haya otros mecanismos que mis colegas físicos enumerarán.

Answer 3

Supongo que lo que usted llama disturbios en los campos son los oscilaciones de los campos eléctricos y magnéticos que mencionas justo antes. (Bueno, estos disturbios propagar . Las soluciones de la ecuación de Maxwell son campos itinerantes . Permítanme simplificar al máximo el caso sin cargos (el caso con cargos está cubierto en mi respuesta a esta pregunta y también en la respuesta a un antigua pregunta .

Por lo tanto, a partir de la Ecuaciones de Maxwell

$$\frac {\partial \vec B}{\partial t} = -\nabla \times \vec E , \tag{i}$$

$$\frac {\partial \vec E}{\partial t} = \frac {1}{\epsilon_0 \mu_0} \nabla \times \vec B , \tag{ii}$$

donde sabemos que $1/(\epsilon_0 \mu_0) = c^2$ . Por la derivación temporal de la ecuación $\text {(ii)}$ y luego introducir $\text {(i)}$ ,

$$\frac {\partial ^2\vec E}{\partial ^2 t} = -c^2 \nabla \times \left(\nabla \times \vec E , \right) \tag{iii}$$

Sabemos cómo lidiar con el doble $\nabla$ ,

$$\frac {\partial ^2\vec E}{\partial ^2 t} = c^2 \left(\nabla ^2 \vec E - \nabla (\nabla \cdot \vec E) \right)$$

Pero, como suponemos que no hay cargas, y por la ecuación de Maxwell $(\nabla \cdot \vec E) = \rho / \epsilon_0$ el segundo término del lado derecho es cero. Así que tenemos una ecuación homogénea, que es la ecuación de onda,

$$\frac {\partial ^2\vec E}{\partial ^2 t} - c^2 \nabla ^2 \vec E = 0, \tag{iv}$$

cuya solución es de la forma

$$vec E = \vec E_1 e^{i(\vec k \cdot \vec r - \omega t)} + \vec E_2 e^{-i(\vec k \cdot \vec r + \omega t)}. \tag{v}$$ ,

Entonces, tenemos ondas viajeras.