Knifflige Frage, bei der es darum geht, das Magnetfeld zu finden, wenn die Wellengleichung für das elektrische Feld und seine Lösung gegeben sind

Betrachten Sie die Wellengleichung für linear X polarisierte Wellen, die in der reisen ± z Richtungen:

(1) 2 E X T 2 = C 2 2 E X z 2
Die allgemeine Lösung der Gleichung ( 1 ) Ist
E X = E + ( Q ) + E ( S )
Wo E + Und E sind beliebige Funktionen.
Q = z C T
&
S = z + C T

Berechnen Sie die allgemeine Form des Magnetfeldes in Bezug auf E + Und E


Ich stecke ganz am Anfang fest.

Ich habe die Lösung für diese Frage, aber das Problem ist, dass ich die Lösung des Autors nicht verstehen kann.

Stattdessen werde ich Fragen zur Lösung des Autors stellen, die wie folgt lautet:

Wir können offensichtlich schreiben

(A) B j = B + ( Q ) + B ( S )
Und
(B) B j T = E X z
Dann
(C) Q T | z D B + D Q + S T | z D B D S = ( Q z | T D E + D Q + S z | T D E D S )
(D) C D B + D Q + C D B D S = D E + D Q D E D S
Deshalb
(e) B j = 1 C [ E + ( Q ) E ( S ) ]


Ich verstehe vollkommen wie ( D ) Folgt aus ( C ) .

Ich verstehe nicht, warum Sie "offensichtlich schreiben können B j = B + ( Q ) + B ( S ) "; Was ist der Ursprung dieser Gleichung: ( A ) ? Es ist für mich alles andere als offensichtlich, dass Sie schreiben können B j = B + ( Q ) + B ( S ) .

Auch, was ist der Ursprung der Gleichung ( B ) ? Was bedeutet das? Ist es eine Umformulierung einer von Maxwells Gleichungen?

Schließlich, wie funktioniert ( C ) gefolgt von ( B ) ? Ich stelle fest, dass der Autor hier die Kettenregel verwendet, aber ich bin mir über die Logik nicht sicher.


Wenn mir jemand helfen könnte, indem er Hinweise oder Erklärungen zu einer der von mir aufgeworfenen Fragen gibt, wäre ich sehr dankbar.


BEARBEITEN:

Dank @Farcher verstehe ich jetzt einen Teil ( A ) und konnte eine eigene Antwort schreiben, in der ich Teile ausarbeitete ( B ) Und ( C ) .


BEARBEITEN 2:

Der einzige Teil der Lösung des Autors, den ich immer noch nicht verstehe, ist, wie ( e ) Folgt aus ( D ) .

Neuordnung ( D ) wir haben das

(D) C ( D B D S D B + D Q ) = ( D E D S + D E + D Q )
Wir wissen das
E X = E + ( Q ) + E ( S )
Und
B j = B + ( Q ) + B ( S )

Neuordnung ( D ) weiter finde ich das

(D) C D B D S + D E D S = C D B + D Q D E + D Q

Mein erster Gedanke war beide Seiten zu integrieren aber da hängt der LHS dran S und die RHS an Q es kann nicht richtig sein zu schreiben

(?) ( C D B D S + D E D S ) D S = ( C D B + D Q D E + D Q ) D Q

Daher hänge ich an dieser Stelle fest.

Kann mir bitte jemand erklären wie ich auf das Ergebnis komme

(e) B j = 1 C [ E + ( Q ) E ( S ) ]
aus
(D) C D B + D Q + C D B D S = D E + D Q D E D S ?

@AccidentalFourierTransform Mir wurde immer gesagt, ich solle eine Frage nicht so bearbeiten, dass die vorhandenen Antworten veraltet sind. Dies ist fortan der Zweck, die Frage mit einer BEARBEITUNG zu aktualisieren , damit die gegebenen Antworten noch im Kontext stehen. Willst du mir ernsthaft sagen, dass ich all die Jahre das Falsche getan habe und alle Bearbeitungen löschen sollte? Wenn dem so ist, werde ich mich daran halten. Es ist mir egal, ob die Änderungen vorhanden sind oder nicht. Ich möchte nur, dass diese Frage beantwortet wird.
Wenn Sie das Gefühl haben, dass Ihr "BEARBEITEN" drastisch genug ist, um die Frage zu ändern, sollte es keine Bearbeitung sein, sondern eine neue Frage. Wenn das "EDIT" nicht zu drastisch ist, sollte es glatt in den Beitrag eingebaut werden. In jedem Fall ist das Aktualisieren der Frage mit "EDIT" am Ende sehr verpönt, insbesondere wenn das Update den Fokus der Frage ändert und mehr als 50 % ihrer Länge/Inhalt ausmacht.
@AccidentalFourierTransform "es sollte eine neue Frage sein" - aber der gesamte Hintergrund und Kontext ist bereits in dieser Frage enthalten. Eine neue Frage zu stellen würde bedeuten, dass ich die gesamte Frage noch einmal kopieren und dann nur den Teil am Ende ändern müsste. Ist das wirklich der richtige Weg, um mit diesen Situationen umzugehen?
Ja, es ist vollkommen in Ordnung, mehrere Beiträge mit demselben Hintergrund und Kontext zu haben, vorausgesetzt, sie stellen unterschiedliche Fragen. Lassen Sie mich also wiederholen, um sicherzustellen, dass wir auf derselben Seite sind: Wenn das Update die Frage ändert, ist es in Ordnung und wird empfohlen , einen neuen Thread zu erstellen. Wenn das Update die Frage nicht ändert, sollten Sie sie nicht an das Ende des Beitrags verweisen, sondern direkt in den Beitrag einbauen.
@AccidentalFourierTransform Okay, verstanden. Wenn dieses Szenario erneut auftritt, werde ich den Hintergrund und Kontext in eine neue Frage kopieren, danke.

Antworten (3)

Für meine eigene Referenz (und andere, wenn sie interessiert sind) werde ich das erweitern, was @Farcher in seiner Antwort für Teile geschrieben hat ( B ) Und ( C ) :

Teil zu zeigen ( B ) aus dem Faradayschen Gesetz:

B j T = × E X = | ich ^ J ^ k ^ X j z E X 0 0 | = ( E X z J ^ E X j k ^ ) = E X z

als die k ^ Komponente verschwindet seitdem E X hängt nicht davon ab j also ist seine Ableitung Null.

Der B j hat nur ein J ^ Komponente, da es in der oszilliert j Richtung. Nach der Aufnahme der Locke des elektrischen Feldes nur die J ^ Komponente überlebt; Das macht also durchaus Sinn, da die Vektorkomponenten übereinstimmen müssen , damit die Gleichheit gilt.

Daher schließen wir das

B j T = E X z
was in der Tat eine Gleichung ist ( B )


Zum Teil ( C ) wir haben

B j = B j ( B + , B )
B + = B + ( Q ) Und B = B ( S )
Q = Q ( z , T ) Und S = S ( z , T )

Das entsprechende Baumdiagramm, das die abhängigen Variablen oben mit den unabhängigen Variablen unten verbindet, lautet also:

Baum diagramm

Aus dem Baumdiagramm sehen wir das

B j T = B j B + D B + D Q Q T + B j B D B D S S T

Jetzt seit

B j B + = B j B = 1
Und
Q T = C , S T = C
deshalb kann ich schreiben
B j T = C D B + D Q + C D B D S

das ist die LHS von ( C )


Die RHS von ( C ) ist völlig analog zu der Methode, die verwendet wird, um die LHS zu erhalten. Aber als Referenz werde ich die Schritte explizit aufschreiben.

Ähnlich wie zuvor haben wir

E X = E X ( E + , E )
E + = E + ( Q ) Und E = E ( S )
Q = Q ( z , T ) Und S = S ( z , T )

Das entsprechende Baumdiagramm für diesen Fall lautet also:

2. Baumdiagramm

und daraus sehen wir das

E X z = ( E X E + D E + D Q Q z + E X E D E D S S z )

Jetzt seit

E X E + = E X E = 1
Und
Q z = S z = 1
deshalb kann ich schreiben
E X z = D E + D Q D E D S

das ist die RHS von ( C ) .

Lassen C = 1 um die Notation zu vereinfachen.

Wir wissen das

B ' ( S ) + E ' ( S ) = B + ' ( Q ) E + ' ( Q )
wobei der Strich die Differenzierung bezeichnet.

Beachten Sie, dass S Und Q sind unabhängige Variablen. Die linke hängt davon ab S nur, und die rhs auf Q nur. Also müssen beide Seiten tatsächlich Konstanten sein:

B ' ( S ) + E ' ( S ) = a B + ' ( Q ) E + ' ( Q ) = a
für einen konstanten Vektor a . Diese Gleichungen sind trivial zu integrieren:
B ( S ) + E ( S ) = a S + β B + ( Q ) E + ( Q ) = a Q + γ
für einige Integrationskonstanten β , γ .

Daraus erhalten wir

B j = ( E + ( Q ) E ( S ) ) + z a ' + β '
mit a ' = 2 a Und β ' = β + γ .

Dies ist die allgemeinste Lösung, die mit Ihren Gleichungen übereinstimmt. Die Randbedingungen, die Sie nicht angegeben haben, sind vermutlich gesetzt a ' = β ' = 0 .

(a) Eine elektromagnetische Welle hat ein Magnetfeld B + / B j ^ exakt phasengleich und rechtwinklig zu einem elektrischen Feld schwingt E + / E X ^ beide stehen im rechten Winkel zur Ausbreitungsrichtung z ^ .

(b) ist das Faradaysche Gesetz in Differentialform B T = × E

(c) ist die Anwendung der Kettenregel .