電磁力学
真空中の電磁波
真空中の平面電磁波を観察します。、、伝播方向 は互いに垂直で、波は で進みます。振幅・波長・周波数を調整し、ポインティングベクトル の向きを確かめます。
器具
- 3Dキャンバス上の E（橙）・B（青緑）ベクトルを持つ仮想平面波
- 振幅・波長・周波数・視点角スライダー
- 模型 A/B ボタンと一時停止ボタン
- 読み出し $\mathbf E\perp\mathbf B\perp\mathbf k$ と $\mathbf S=\mathbf E\times\mathbf B/\mu_0$
手順
横波性を確かめる
図1で視点角スライダーを動かし平面波を回します。E は一方向に、B はそれと直交する方向に振動し、両方とも伝播方向に垂直です。「E ⟂ B ⟂ k」の表示を確認します。
$c=\lambda f$ を検証する
スライダーで波長 λ と周波数 f を読み、積 λf が m/s を与えることを確かめます。f を2倍にすると λ が半分になり速度が一定に保たれます。真空中では電磁波は分散しません。
ポインティングのエネルギー流を読む
図2（または模型B）に切り替えます。ポインティングベクトル は伝播方向を向きます。視点を回して、右手則 E×B が常に k の向きを指すことを確かめます。
シミュレーション
実験の歴史
ジェームズ・クラーク・マクスウェルは1865年に発表した方程式で電気と磁気を統一し、真空中で解くと速度 の波動方程式が得られました。これは測定された光速に等しく、マクスウェルは光が電磁波であると結論しました。
理論の予言した電波は1887–1888年にハインリヒ・ヘルツが発生・検出しました。送信器の火花が数 m 離れた受信ループに振動を起こしたのです。エネルギー流ベクトルは、1884年に電磁場のエネルギー輸送を解析したジョン・ヘンリー・ポインティングにちなみます。