Wie wird die Kombination aus elektrischen und magnetischen Wellen (elektromagnetische Welle) als einzelne Welle dargestellt?

Das elektromagnetische Feld enthält transversale elektrische und magnetische Felder. In Ihrem Bild schwingt das elektrische Feld in einer einzigen Ebene. Diese Begrenzung des elektrischen Feldes in einer einzigen Ebene wird als Polarisation bezeichnet . Das erste Bild zeigt also eine polarisierte elektromagnetische Welle . Der Zustand eines elektromagnetischen Feldes kann allein durch den Polarisationszustand beschrieben werden, da dies einer der Freiheitsgrade ist, die mit einer elektromagnetischen Welle verbunden sind.

Die Polarisationsrichtung ist durch die Richtung des elektrischen Feldes gegeben. Daher wird das zweite Bild mit der elektrischen Feldstärke gegen die Zeit (oder Entfernung) gezeichnet.

Wie könnte die Polarisation (oder das elektrische Feld) allein genügend Informationen über die elektromagnetische Welle geben?

Sie sind elektromagnetische Wellen und stehen daher immer unter dem Einfluss der Maxwellschen Gleichungen . Gemäß diesen vier Gleichungssätzen erzeugt das oszillierende elektrische Feld (das Sie durch oszillierende Ladungen erzeugen können) oszillierende Magnetfelder. Diese oszillierenden Magnetfelder erzeugen wiederum oszillierende elektrische Felder. So breitet sich die Welle aus. Daher sind die elektrischen und magnetischen Feldstärken einer elektromagnetischen Welle miteinander verbunden und gegeben durch

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

Wo$c$ist die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum. In jedem Moment ist das Verhältnis des elektrischen Feldes zum magnetischen Feld in einer elektromagnetischen Welle gleich der Lichtgeschwindigkeit (vorausgesetzt, unsere Welle bewegt sich durch Vakuum; andernfalls wird sie es sein$v$, die Lichtgeschwindigkeit durch ein bestimmtes Medium). Dies war eine Konsistenzanforderung für die Gültigkeit der Lösungen der Maxwell-Gleichungen. In vektorieller Form wird das obige Ergebnis wie folgt angegeben

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

wobei wir angenommen haben, dass sich die Welle im ausbreitet$z$Richtung oszilliert das elektrische Feld in der$x$Richtung (Polarisationsrichtung), und das Magnetfeld schwingt in der$y$Richtung.

Sobald also die Stärke des elektrischen Feldes und die Polarisationsrichtung bekannt sind, sind Informationen über seine Geschwindigkeit in diesem Medium und das Magnetfeld verborgen. Auf diese Weise können Sie also die dreidimensionale monochromatische Welle mithilfe eines zweidimensionalen Diagramms darstellen, das die elektrische Feldstärke und die Zeit (oder Entfernung) verbindet. Es geht nur um die Vereinfachung.