Chia Sẻ Ðiện từ trường tự do, sóng điện từ trong môi trường đồng chất, sóng phẳng

[Hoàng Xuân Bách]

Trường tĩnh và trường dừng mà chúng ta nghiên cứu ở chương II và chưong III là những trường gắn liền với diện tích và dòng điện, khi điện tích và dòng điện biến đổi, chúng cũng biến đổi theo. Bên cạnh các loại trường đó còn có một loại trường khác tồn tại độc lập đối với điện tích và dòng điện, mà ta gọi là điện từ trường tự do. Các điện từ trường tự do nói chung cũng do một hệ điện tích và dòng điện nào đó sinh ra. Nhưng sau khi được hình thành, chúng tách rời khỏi hệ điện tích và dòng điện và vận động theo những quy luật riêng của chúng, không phụ thuộc vào nguồn gốc sinh ra chúng nữa. Các phương trình Macxuen đã cho phép tiên đoán sự tồn tại của điện từ trường tự do ngay từ trước khi chúng ta tạo ra loại trường đó bằng thực nghiệm.

Qua các phương trình trên, ta thấy ngay rằng đối với điện từ trường tự do, điện trường và từ trường không tách rời nhau. Quan hệ giữa chúng ở đây chặt chẽ hơn so với trường chuẩn dừng, và thể hiện ở hai mặt: do tác dụng cảm ứng điện từ Faraday (1) và do tác dụng của dòng điện dịch (2). Có thể nói rằng từ trường biến thiên sinh ra điện trường và ngược lại điện trường biến thiên sinh ra từ trường . Ðiện trường và từ trường ở đây đều là trường xoáy.
Muốn xét kỹ hơn các tính chất của trường tự do, ta thực hiện một số phép biến đổi.
Lấy rota hai vế của (1) và kết hợp với (2), ta có :

Như vậyđiện trường và từ trường cùng thỏa mãn một phương trình như nhau. Phương trình đó là phương trình Ðalambe hay phương trình sóng. Ðiện từ trường tự do tồn tại dưới dạng sóng điện từ, và không có điện từ trường tự do tĩnh.