¿Cómo se ilustra la combinación de ondas eléctricas y magnéticas (onda electromagnética) como una sola onda?

El campo electromagnético contiene campos eléctricos y magnéticos transversales. En tu imagen , el campo eléctrico vibra en un solo plano. Este confinamiento del campo eléctrico en un solo plano se conoce como polarización . Entonces, la primera imagen muestra una onda electromagnética polarizada . El estado de un campo electromagnético se puede describir solo por el estado de polarización, ya que es uno de los grados de libertad asociados con una onda electromagnética.

La dirección de polarización viene dada por la dirección del campo eléctrico. Por lo tanto, la segunda imagen se dibuja con la intensidad del campo eléctrico contra el tiempo (o la distancia).

¿Cómo la polarización (o el campo eléctrico) por sí sola podría dar suficiente información sobre la onda electromagnética?

Son ondas electromagnéticas y, por lo tanto, siempre están bajo la influencia de las ecuaciones de Maxwell . De acuerdo con estos cuatro conjuntos de ecuaciones, el campo eléctrico oscilante (que puede crear mediante cargas oscilantes) crea campos magnéticos oscilantes. Estos campos magnéticos oscilantes a su vez producen campos eléctricos oscilantes. Así es como se propaga la onda. Por lo tanto, las intensidades de campo eléctrico y magnético de una onda electromagnética están conectadas y vienen dadas por

$$\frac{E}{B}=c$$

dónde$c$es la velocidad de la luz en el vacío. En cada instante, la relación entre el campo eléctrico y el campo magnético en una onda electromagnética es igual a la velocidad de la luz (siempre que nuestra onda viaje a través del vacío; de lo contrario, será$v$, la velocidad de la luz a través de un medio particular). Esto surgió como un requisito de coherencia para que las soluciones de las ecuaciones de Maxwell fueran válidas. En forma vectorial, el resultado anterior se da como

$$\begin{align} \vec{E}(z,t)&=E_0\cos(kz-\omega t+\delta)\hat{x}\\ \vec{B}(z,t)&=B_0\cos(kz-\omega t+\delta)\hat{y}=\frac{1}{c}E_0\cos(kz-\omega t+\delta)\hat{y} \end{align}$$

donde hemos supuesto que la onda se propaga en el$z$dirección, el campo eléctrico oscila en la$x$dirección (dirección de polarización), y el campo magnético oscila en el$y$dirección.

Por lo tanto, una vez conocida la fuerza del campo eléctrico y la dirección de polarización, hay información oculta sobre su velocidad en ese medio y el campo magnético. Por lo tanto, de esta manera puede representar la onda monocromática tridimensional utilizando un diagrama bidimensional que conecta la intensidad del campo eléctrico y el tiempo (o la distancia). Es solo una cuestión de simplificación.