電磁力学
真空中の電磁波
E、B、伝搬方向が互いに垂直で、E と B が同位相に振動し、真空中で振幅が E₀/B₀ = c を満たすことを観察します。
器具
- 周波数と場の振幅を調整できる横波表示
- 真空中の伝搬軸と波長目盛り
- E と B の位相・振幅表示
手順
伝搬条件を設定する
実験では狭帯域源を真空槽に入れるか、校正済み導波管を使います。周波数を設定・記録し、連続する同位相点の間隔から波長を測ります。
場の向きを比較する
一定位置で E・B ベクトルを伝搬軸と比べます。偏光面を回転させ、両方の場ベクトルが進行方向に垂直なままであることを確かめます。
周波数・波長・位相を調べる
真空を保ったまま周波数を変え、新しい波長を測って fλ を計算し、c と比較します。同じ位置で E と B を読み、極大とゼロ交差が一致すること、E₀/B₀ の比を確認します。
シミュレーション
実験の歴史
1865年、ジェームズ・クラーク・マクスウェルは電気・磁気・光を統一し、変化する電場と磁場が測定された光速に一致する速度で波として伝わると論じました。この理論は可視光以外の電磁波も予言しました。
ハインリヒ・ヘルツは1887～1888年の実験で電波を発生・検出し、反射や干渉を含むマクスウェル理論の重要な予測を確かめました。このシミュレーションは真空中の理想平面波を示します。場は横向きで同位相、振幅は E₀/B₀ = c の関係にあります。