【原】電磁場與電磁波的區(qū)別

漯河張景倫 2023-04-12 發(fā)布于山東

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摘要電磁場與電磁波是兩個完全不同的概念,，電磁波絕不是運(yùn)動的電磁場，電場是電荷產(chǎn)生的,，是帶電粒子固有的屬性,，是電荷相互作用的空間，而磁場是電場的運(yùn)動效應(yīng),。電磁波是以太中傳播的波,，具有一切機(jī)械波的共性，與聲波具有幾乎完全相同的特征。

關(guān)鍵詞：電磁場,，電磁波,，以太，麥克斯韋方程

1. 引言

本文是《電場與磁場的關(guān)系》的續(xù)篇,，在這篇文章中,，詳細(xì)說明了為什么變化的電場不能產(chǎn)生磁場，變化的磁場也不能產(chǎn)生電場,。如果這個猜想得到證實(shí),，整個電磁波理論大廈將會崩塌。電磁波是粒子振動產(chǎn)生的,，并在以太介質(zhì)中傳播的波,，電磁場與電磁波雖然只有一字之差，卻是兩個完全不同的物理概念,。

2. 二者的區(qū)別

2.1. 物理概念的區(qū)別

電磁場是電場與磁場的統(tǒng)稱,，任何電場都是電荷產(chǎn)生的，沒有電荷就沒有電場,，任何磁場都是運(yùn)動電荷產(chǎn)生的效應(yīng),，沒有電荷的運(yùn)動就沒有磁場。

電磁波是什么,？教科書的定義是：由方向相同且互相垂直的電場與磁場,，在空間中衍生發(fā)射的振蕩粒子波，是以波動的形式傳播的電磁場,。

但是,，波與場具有本質(zhì)的區(qū)別，波是指振動的傳播,，某一物理量的擾動或振動在空間逐點(diǎn)傳遞時形成的運(yùn)動稱為波,；而場在物理學(xué)上指的是空間或空間的某種分布，是物體與生俱來的屬性,。波是物體振動產(chǎn)生的,，其傳播需要介質(zhì)，它可以脫離物體而存在,；而場是物體發(fā)生作用的范圍，是一定范圍內(nèi)的物理作用,，只能存在于物體的周圍,，不能脫離物體而存在。

2.2. 描述方法的區(qū)別

2.2.1. 靜電場的描述

靜電場的描述方法與引力場的描述方法相同,，例如：電場強(qiáng)度可表示為

,，兩個電荷間的作用力可表示為

，同樣，引力場的強(qiáng)度也可表示為

,，兩個質(zhì)點(diǎn)間的作用力可表示為

,。

由于磁場是運(yùn)動的電荷產(chǎn)生的

，因此,，沒有靜態(tài)的磁場,。

2.2.2. 動態(tài)電磁場的描述

在電磁學(xué)中，描述動態(tài)電磁場的方法是麥克斯韋方程組,，但它需要一定的前提條件,，例如，描述一根通電導(dǎo)線產(chǎn)生的電磁場時的前提條件是長度遠(yuǎn)大于半徑等,，更基本的描述是畢奧—薩伐定律

,、電場強(qiáng)度的定義式

，點(diǎn)電荷場強(qiáng)的決定式

,。電磁學(xué)與流體力學(xué)的描述方法相似,，例如：畢奧—薩伐定律也可以在流體力學(xué)中適用，斯托克斯定理在電磁學(xué)中和流體力學(xué)中通用,。

2.2.3. 電磁波的描述

電磁波是波,，描述方法與聲波相同，電磁波與聲波幾乎具有完全相同的性質(zhì),，在描述它們的反射,、折射、干涉,、衍射,、多普勒等現(xiàn)象時，都可以應(yīng)用相同的方法,，例如：不論是聲波還是電磁波,，都符合反射定理、折射定理等,，尤其神奇的是,，不論是聲波還是電磁波，當(dāng)入射波在波疏介質(zhì)中前進(jìn),，遇到波密介質(zhì)的界面時,，都將在反射過程中產(chǎn)生半波損失，但當(dāng)入射波在波密介質(zhì)中前進(jìn),，遇到波疏介質(zhì)的界面時,，在反射過程中都沒有半波損失。

在計(jì)算波的能量,、輻射壓,、方向角（衍射極限角）等,，也都可以應(yīng)用幾乎相同的方法，例如：不論是聲波還是電磁波,，所產(chǎn)生的輻射壓,，其數(shù)值都等于平均能量密度，更神奇的是：當(dāng)波完全反射時的輻射壓力是完全吸收時的兩倍,。電磁波可以實(shí)現(xiàn)相控陣（相位補(bǔ)償基陣）發(fā)射和接收,，超聲波同樣可以實(shí)現(xiàn)。

麥克斯韋方程組的適用范圍是電磁場,，它成立的條件是必須有電荷存在,，對于電磁波，麥克斯韋方程組不成立,。

2.3. 物理性質(zhì)的區(qū)別

場是源激發(fā)的,，沒有源就沒有場，不存在無源之場,，場的性質(zhì)是源決定的,。電場是由電荷產(chǎn)生的，雖然在表象上變化的磁場可以產(chǎn)生渦旋的電場,，但本質(zhì)上渦旋的電場仍然是由電荷運(yùn)動產(chǎn)生的,。在表象上，渦旋的電場也可以產(chǎn)生磁場,，但實(shí)際上,，沒有電荷的運(yùn)動就沒有磁場。

波也是源激發(fā)的,，但波可以脫離源而存在,，不存在無源之波，但波是由源和介質(zhì)共同決定的,，源決定波的頻率和幅度,，介質(zhì)決定波的速度和衰減，電磁波也不例外,。

2.3.1. 偶極子產(chǎn)生的電磁場與電磁波

偶極子天線上的電流是時變的,，但它所激發(fā)的電場和磁場卻與靜態(tài)電磁場的特點(diǎn)完全相同。在天線周圍所產(chǎn)的電磁場（近場）可表示為（以振子中心為原點(diǎn)）：

,，

其中L是電偶極子天線的長度,，它與靜態(tài)的電偶極子所產(chǎn)生的電場在形式上完全相同，但偶極子天線周圍的電磁波（遠(yuǎn)場）可表示為：

,，

其中

是波阻抗,。很明顯，電場和磁場沒有波動,，但電磁波存在波動,，這是二者最明顯的區(qū)別。

2.3.2.半波振子產(chǎn)生的電磁場與電磁波

在理想半波振子的兩個天線中,，由于每根天線的長度為λ/4,，入射波與反射波在天線上疊加形成駐波，如圖1中的B和C所示,，盡管半波振子上的電流是時變的,，但它所激發(fā)的電場和磁場卻與靜態(tài)電磁場的特點(diǎn)相同。

圖1.半波振子天線的結(jié)構(gòu)（A）,、電流（B）和電壓（C）

天線產(chǎn)生的電場與磁場始終保持90度的相位差,，其坡印亭矢量的平均值恒為零，也就是說,，沒有能量向外部輸送（在任何的教科書中都有這樣的描述）,。

圖2.天線所產(chǎn)生的電磁場和電磁波的范圍

電場是由電荷產(chǎn)生的，因此,，它只與電勢有關(guān),，與變化的磁場無關(guān)，天線周圍磁場是由運(yùn)動的電子產(chǎn)生的,，只與電流有關(guān),，與變化的電場無關(guān)。徑向電場Er和緯向電場Eθ,、經(jīng)向磁場Hφ的形狀或范圍如圖2所示,。

電磁波的產(chǎn)生與電磁場完全不同，電磁波是由電子振動產(chǎn)生的,。半波振子天線所輻射的電磁波依靠的是天線上的駐波,，輻射的主要方向與天線相垂直。

半波振子天線周圍的電磁波可表示為：

,，

,，其中

，稱為方向函數(shù),，E代表以太的壓強(qiáng)變化量,，H代表以太的體積元速度。E與H的相位完全一樣,，表達(dá)式也高度相似,，E/H = 120π是一個常數(shù)，與聲波的特征基本相同,。

2.3.3. 區(qū)別

天線的輻射包括近場和遠(yuǎn)場,，近場是電磁場（但含有電磁波，只是電磁場的強(qiáng)度比電磁波大很多）,，其中,，電場是由天線上的電勢產(chǎn)生的,，與電流無關(guān)，磁場是由天線上的電流產(chǎn)生的,，與電勢無關(guān),；遠(yuǎn)場為電磁波（也含有電磁場，只是電磁波的強(qiáng)度比電磁場大很多）,，是由天線上的電子振動產(chǎn)生的,，它是由以太介質(zhì)傳播的波，與聲波類似,。

電磁場與電磁波可以是同源的,，也就是說，同一個波源即可以產(chǎn)生電磁場,，也可以產(chǎn)生電磁波,，但二者卻具有完全不同的性質(zhì)：

l 電磁場只能存在于源的附近（遠(yuǎn)場強(qiáng)度很小，可忽略）,，但電磁波卻可以存在于遠(yuǎn)離源的地方,；

l 電磁場不能脫離源而存在，但電磁波卻可以,；

l 電磁場中不存在相位因子

（說明了電磁場不存在波動,，也說明電磁場不能以波的形式傳播），但電磁波中一定存在相位因子,。

l 交變的電磁場與電磁波都能使電子產(chǎn)生振動,，但電磁場作用與電子所帶電荷有關(guān)，它只能作用于帶粒子,，而電磁波的作用與電子所帶電荷無關(guān),，可作用于任何粒子，例如,，激光可以冷卻任何粒子,，而不論粒子是否帶電。

2.4. 物理意義的區(qū)別

在物理學(xué)中,，任何的物理量都代表一定的物理意義,，E和H在電磁場中代表的是電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度，

稱為真空磁導(dǎo)率,，代表磁感應(yīng)強(qiáng)度B與磁場強(qiáng)度H間的轉(zhuǎn)換常數(shù)

,，它是一個定義值，它的物理意義是單位的轉(zhuǎn)換,，

稱為真空介電常數(shù),，是一個度量系統(tǒng)常數(shù)，代表電位移矢量D與電場強(qiáng)度E間的轉(zhuǎn)換常數(shù)：

,，其物理意義與真空磁導(dǎo)率相同,。它的定義式為：

,，其中，c是光波傳播于真空的光速,，

在電磁波中,，E代表以太介質(zhì)壓強(qiáng)的變化量，與聲波中p的物理意義相同,，H代表以太體積元的運(yùn)動速度，與聲波中u的物理意義相同,，

代表以太的密度,，

代表以太的體積壓縮系數(shù)。

2.5. 產(chǎn)生過程的區(qū)別

電磁場的產(chǎn)生過程很簡單：只要有凈電荷的地方,，就會有電場,，只要有電荷運(yùn)動的地方就有磁場。但電磁波不同,，它是由粒子的變加速運(yùn)動產(chǎn)生的,。要想說清楚電磁波的產(chǎn)生過程，必須從導(dǎo)體中的電子為什么會定向移動開始,。

2.5.1. 導(dǎo)體中的電子與水管中的水分子比較

傳統(tǒng)認(rèn)為：自由電子定向移動的原因是導(dǎo)體中存在電場,。在電路被接通的時候，電場會以接近光的速度將場源變化的信息傳送出去,，使電路中的每一個導(dǎo)線快速地建立起電場,，這個電場可以使自由電子做定向運(yùn)動，電流的形成就是電場拉動電子而產(chǎn)生的,。但是,，電場是如何沿著導(dǎo)線建立的？在理想的導(dǎo)體（例如電阻為0的超導(dǎo)）中,，電勢差并不存在,，導(dǎo)體中的電場在哪里？為了說明這個問題,，以水管中的水分子與電子作比較（水分子在水管內(nèi)與電子在導(dǎo)體內(nèi)類似,，都是自由的）。

A.水壓在水管中的傳遞過程

圖3.水壓在水管中的傳遞過程

在圖3中,，T1和T2表示水閘,，假設(shè)水的密度ρ= 1000 kg/m3，體積彈性模量K= 1.96×109 Pa,，水塔高度h= 10米,，水管的體積彈性模量忽略，內(nèi)徑r= 0.1米,，當(dāng)T1,、T2都關(guān)閉時,，水平管中的壓強(qiáng)為0。

如果打開T1,，水平管中的水壓將從左到右,，以速度

= 1400 m/s的速度傳播。如果L=100米,，取重力加速度g= 10 m/s2,，水平管中的水的壓強(qiáng)（

）從0全部變?yōu)?00000 Pa的時間為0.0714 s。這時,，水平管中的水的密度變?yōu)?000(1+100000/1.96x109) = 1000.05 kg/m3,，水塔向水平管中補(bǔ)充的水量為0.157 kg，也就是說,，水管中的水分子向右的最大位移量為0.005 m,。

如果T1打開的時間為1ms，理想情況下,，將有厚度為1.4 m,，壓強(qiáng)為100000 Pa的水柱，在水平管中以1400 m/s的速度從左向右移動,。當(dāng)水柱達(dá)到T2時,，由于T2處于關(guān)閉狀態(tài)，這個水柱又會以1400 m/s的速度向T1運(yùn)動（在實(shí)際的水管中,，由于阻力的存在,，這個水柱將逐漸消失），這種壓力的傳播稱為水擊波,。當(dāng)水擊波移動時,，水分子并不移動（或移動很小）,，只是在平衡位置振動,，當(dāng)T1、T2都打開時,，水分子才流動,。

B.電壓在導(dǎo)線中的傳播過程

在圖4中，K1,、K2代表開關(guān),，E代表電源（取電池的正極為零電位），電源的作用就是把電子從正極運(yùn)送到負(fù)極,，并保持負(fù)極的電子密度不變,。電池的電壓代表著正負(fù)極之間的電子密度差：U= A（ρ負(fù)-ρ正），其中，A是常數(shù),。電源的電壓越大,，代表負(fù)極的電勢越低，也就是電子的密度越大,。

圖4.電流在導(dǎo)線中的傳播過程

當(dāng)K1,、K2都斷開時，導(dǎo)線上的正負(fù)電荷平衡,，電子所受的力各向同性,。如果K1閉合，由于電源負(fù)極的電子密度大,，電子之間的斥力也大,，電子必然從密度高的地方向密度低的地方運(yùn)動。電子密度的傳播與水擊波（水擊波既是壓力的傳播,，也是密度的傳播）的傳播原理相同。與水擊波一樣,，電子密度的傳播過程中,，電子本身移動的距離也很小?？梢钥闯觯弘娮用芏鹊膫鞑ミ^程也是電壓的傳播過程,。

如果K1閉合的時間為1ns，理想情況下,，將有厚度為0.3 m,，密度與電源負(fù)極相同的電子柱，在導(dǎo)線中以約3x108m/s的速度從A向B移動,。當(dāng)電子柱達(dá)到K2時,，由于K2處于斷開狀態(tài)，這個電子柱又會以同樣的速度從B向A運(yùn)動（在實(shí)際的導(dǎo)線中,，由于阻力的存在,，這個電子柱也將逐漸消失），這種電子密度的傳播本文稱為電擊波,。

可以看出：水擊波的傳播與電擊波具有相同的性質(zhì),。

C.電子在導(dǎo)體中的密度分布

圖5.高速公路上的車輛密度分布

假設(shè)三車道的高速公路上有一處事故，其中的兩個車道封閉,，只有一個車道通行,，公路上的車輛分布將會如圖5所示。

當(dāng)圖4中的K1,、K2都閉合后,，電子就在電路中流動，其密度分布與公路上汽車的密度分布相似，出現(xiàn)事故的路段相當(dāng)于電阻,，沒有事故的路段相當(dāng)于導(dǎo)體,，事故前面的路段汽車擁堵，速度慢,，相當(dāng)于連接負(fù)極的導(dǎo)線,，而事故后面的路段相當(dāng)于連接正極的導(dǎo)線。在電路中的任何截面,，每秒通過的電子數(shù)是相等的,，而公路上也是一樣，在任何截面,，每秒通過的汽車數(shù)也是相等的,，電路中電子密度的分布如圖6所示。

圖6.電路中電子密度的分布

D.小結(jié)

導(dǎo)線中的正電荷可以看作是靜止的,，帶負(fù)電荷的電子可以看作是流體,，導(dǎo)線中電子的運(yùn)動與管道中水分子的運(yùn)動方式相似，管道中的阻力相當(dāng)于導(dǎo)線中的電阻,，管道中水的壓強(qiáng)相當(dāng)于導(dǎo)線中電勢,，水分子的運(yùn)動速度相當(dāng)于電子的運(yùn)動速度，管道中的水擊波（壓力波）相當(dāng)于導(dǎo)線中的電擊波（也就是電子密度波,，是電勢的傳播）,，水分子的運(yùn)動是壓力推動的，而電子的運(yùn)動是密度推動的（電子密度大時,，靜電力也大）,。可以說,，導(dǎo)體中電流的形成是由于電子的密度在電路中分布不均引起的電子流動,，電子密度的傳播速度與光速具有相同的量級，其傳播原理與水擊波相同,。在相同的條件下,，電子的密度差越大，電子的移動速度越快,。

2.5.2. 行波天線所激發(fā)的電磁場和電磁波

如圖7所示的裸露銅芯,，就是一個行波天線（電源、電纜和負(fù)載的阻抗相匹配）,，為了便于說明,，設(shè)行波天線的長度為一個波長，以天線的中心為原點(diǎn),，建立直角坐標(biāo),，則天線上的電勢可表示為：

,，電流可表示為：

。

圖7.行波天線系統(tǒng)的組成

由于天線上是行波,，電勢與電流同相,，天線上的u和i的波形如圖8所示：

圖8. t = 0時，行波天線上的電勢和電流

如圖9所示,，如果P是空間的任意一點(diǎn),，與原點(diǎn)的距離為r，OP與其x軸的夾角為θ,，根據(jù)畢-薩定理可得：

,。

可以看出：天線所產(chǎn)生的磁場只與電流有關(guān)，與電勢無關(guān),。而天線所產(chǎn)生的電場就是電勢的梯度：

,，它只與電勢有關(guān)，而與電流無關(guān),，也就是說,，電場的強(qiáng)度只與天線上凈電荷的密度有關(guān)，而與電荷運(yùn)動的速度無關(guān),。

圖9 天線上的電流元產(chǎn)生的磁場

電場強(qiáng)度E與磁感應(yīng)強(qiáng)度B垂直且同相,，其玻印廷矢量不為零，但并沒有能量的傳送,。電場的變化與磁場無關(guān)（只與電勢有關(guān)），磁場的變化與電場無關(guān)（只與電流有關(guān)）,。當(dāng)t = 0時,，與天線垂直距離相等的點(diǎn)，其電場與磁場的大小,，如圖10所示,。

圖10. t = 0時，與天線距離相等點(diǎn)的電場和磁場的大小

行波天線產(chǎn)生電場和磁場的同時,，也產(chǎn)生電磁波,，但與產(chǎn)生電磁場的方式完全不同，電磁波是由電子的變加速運(yùn)動產(chǎn)生的,。由于導(dǎo)體內(nèi)部不能穩(wěn)定存在凈電荷,，因此，凈電荷的增加和減少主要表現(xiàn)在表面,。高電勢表示導(dǎo)體表面的電子減少（負(fù)電荷比正電荷少）,，表面電子向內(nèi)運(yùn)動，低電勢代表導(dǎo)體表面的電子增加,，內(nèi)部電子向外運(yùn)動,。電流的大小代表電子在x方向上的運(yùn)動速度，而電流的正負(fù)代表電子運(yùn)動的方向，如圖11所示,，其中,，紅點(diǎn)代表正電荷，藍(lán)點(diǎn)代表電子,。

圖11. 行波天線表面的電子密度和運(yùn)動方向

電磁波的本質(zhì)是以太的壓強(qiáng)波,，與空氣中的聲波具有相似的性質(zhì)，但行波天線上的振動點(diǎn)是移動的,，也就是說,，不同的時間點(diǎn)，輻射電磁波的位置不同,，但傳播方向不變,。需要指出的是：以太介質(zhì)的運(yùn)動方式與水面波的運(yùn)動方式類似，質(zhì)點(diǎn)是橢圓運(yùn)動而不是直線運(yùn)動,。行波天線所產(chǎn)生的輻射波,，與水擊波對水管沖擊時，水管壁所產(chǎn)生的振動波具有相似性,。

2.5.3. 駐波天線所激發(fā)的電磁場和電磁波

在半波振子天線上,，入射波和反射波相疊加，天線上的最大電流和電勢為傳輸線上的2倍,，如圖12所示（圖中的電容為傳輸線的分布電容）,。

天線上電流與電勢的相位相差90度，取天線的中心為坐標(biāo)原點(diǎn),，電勢可表示為：

,，電流可表示為：

，如圖5-13所示,。

圖12. 匹配狀態(tài)下的電流分布

圖13. t = 0時,，天線上電勢與電流的大小

在與天線等垂直距離的空間點(diǎn)上，電場強(qiáng)度與磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小,，與天線上的電勢與電流的大小相對應(yīng),，如圖14所示。

圖14. t = 0時,，與天線垂直距離相等點(diǎn)的電場與磁場的大小

但電磁波則不同,，它的大小和方向與電子密度及振動方向有關(guān)，如圖15所示,。

圖15. 駐波天線上電子的密度和運(yùn)動方向

2.5.3. 行波天線與駐波天線的比較

A. 電磁場的比較

行波天線的附近（忽略邊際效應(yīng)）電磁場各點(diǎn)同性,，距離天線相同的點(diǎn)，其電場和磁場都隨時間作周期性的變化,，其周期與天線上的電流相同,，磁場與電場同相,，且相互垂直。

在駐波天線的周圍,，天線中部的磁場最大,，而兩端的電場最強(qiáng)，也隨時間作周期性的變化,，其周期也與天線上的電流相同,，在同一點(diǎn)，磁場與電場相差90度且相互垂直,。

B. 電磁波的比較

行波天線的輻射是各點(diǎn)同性,，每個點(diǎn)輻射的大小和方向相同，但時間不同,，輻射的最大點(diǎn)是天線電勢的最低點(diǎn),，輻射的主要方向與天線并不垂直，而是與天線具有52.5度的夾角,，如圖16（a）所示,。

圖16.行波天線與駐波天線的輻射方向比較

駐波天線上的輻射主要在兩端，中間不產(chǎn)生輻射,，因?yàn)殡娮拥妮S向速度雖然很大,，但加速度為0，電子不產(chǎn)生振動,，而在兩端,，電子的徑向加速度最大，所以是徑向輻射,，如圖16（b）所示,。

2.5.4. 只產(chǎn)生電磁場的天線

圖17.只產(chǎn)生電磁場的天線

電磁波產(chǎn)生的必要條件是變加速運(yùn)動，也就是說,，電子運(yùn)動的加速度不能是常數(shù)（激波除外），如圖17所示,，由磁棒和激勵線圈組成的天線系統(tǒng),，天線的周圍即存在渦旋的電場，也存在變化的磁場,，而且符合麥克斯韋方程,。但不管電流和電壓如何變化，都不存在電磁波（如果有,，也是從導(dǎo)線中輻射出來的）,，因?yàn)樵诖虐糁械碾娮邮鞘`電子，不存在變加速運(yùn)動,。這種天線雖然不能發(fā)射電磁波,，但卻可以接收電磁波,。

2.6. 傳播過程的區(qū)別

2.6.1. 電磁場不存在傳播過程

或者說場的傳播速度是無窮大，因?yàn)殡妶鍪菐щ娏Ｗ拥墓逃袑傩?，是與生俱有的,，而磁場是電場的運(yùn)動效應(yīng)。

2.6.2. 電磁波的傳播過程

在我們的教科書中,，描述電磁波的傳播過程主要有三種方法,，分別如圖18中a、b,、c所示：

在實(shí)際的電磁波中,，真實(shí)的傳播過程只能是一種，哪一種是正確的,？或都不正確,？

第一種傳播方式符合麥克斯韋方程，電場和磁場都是渦旋的,，它們在真空中互激,，但如何保證E和H的相位相同呢？又是如何保證電場的矢量與天線平行呢,？第二種描述滿足電場的矢量方向與天線平行,，但電場與磁場如何互激呢？第三種綜合了前兩種的特點(diǎn),，但如何保證電場與磁場的線性關(guān)系

,？

圖18.電磁波的傳播過程的三種描述

電磁波是如何在真空中傳播呢？如果真空中存在以太,，答案就很明顯,，它傳播的方式與水面波相似。下面以半波天線為例說明,，如圖19所示,。

圖19.電磁波的傳播過程

在圖中，黑色圓點(diǎn)代表原子核,，紅色圓點(diǎn)代表電子,，綠色代表以太粒子的運(yùn)動軌跡。在天線上,，電子密度大的部分,，電子運(yùn)動的方向不但與電流的方向相反，而且還向外運(yùn)動（因?yàn)閷?dǎo)體內(nèi)部不能長期存在凈電荷,，只能跑到導(dǎo)體的表面,，但又無法脫離導(dǎo)體，與氣球在水中的運(yùn)動類似）,，天線上的電子密度小的部分,，電子運(yùn)動的方向除與電流的方向相反外,，表面的電子還向內(nèi)運(yùn)動。

電子在導(dǎo)體內(nèi)的運(yùn)動會導(dǎo)致周圍以太的運(yùn)動（因?yàn)橐蕴珶o所不在）,，電子向外運(yùn)動時,，以太粒子也會向外運(yùn)動，電子向內(nèi)運(yùn)動時,，以太粒子也會向內(nèi)運(yùn)動,。與聲波一樣，電磁波就是以太粒子在其平衡位置附近做周期性的運(yùn)動,，逐漸向外傳播,。

電磁波的產(chǎn)生和傳播過程與空氣中的聲音相似，本文中,，描述電磁波和聲波也是應(yīng)用同樣的方法,，E代表以太的壓強(qiáng)變化量，H代表以太質(zhì)點(diǎn)的速度（我們在電磁波中也從來沒有測量到磁場強(qiáng)度）,，因此,，聲音的波阻抗與電磁波的波阻抗具有相同的物理意義。但有一點(diǎn)不同：產(chǎn)生聲音時,，物體一般只有縱向運(yùn)動,，沒有橫向運(yùn)動，因此,，聲音是縱波,，而在電磁波的產(chǎn)生過程中，電子的運(yùn)動不只縱向運(yùn)動,，同時還存在橫向運(yùn)動,，因此，電磁波在其波動過程,，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的軌跡為圓形,，所以它屬于偏振波。

在基于以太的電磁波模型（https://www.zhihu.com/zvideo/1314654672141819904）中,，作者對電磁波在以太中的傳播過程做了詳細(xì)的動畫演示,，本文從動畫演示中截取了三個畫面如圖20所示，其中,，a是水波中介質(zhì)的運(yùn)動過程，b和c是以太中的介質(zhì)運(yùn)動過程,。

電磁波在其他物體內(nèi)傳播時,，其傳播介質(zhì)依然是以太，但物體中的原子會影響傳播的速度和幅度的衰減,。

a.水波中介質(zhì)的運(yùn)動

b.以太中介質(zhì)的運(yùn)動

c.光子的模擬

圖20.電磁波在以太中的傳播過程

5.6.3. 波動方程的推導(dǎo)

學(xué)界普遍認(rèn)為：電磁場的性質(zhì),、特征及其運(yùn)動變化規(guī)律是由麥克斯韋方程組確定的,，電磁波是電磁場的一種運(yùn)動形態(tài)。本文認(rèn)為：這句話是值得商榷的,，麥克斯韋方程組只是用數(shù)學(xué)的方法描述了電場與磁場的關(guān)系,，但并不是物理過程的描述，也不是電磁場的變化規(guī)律,，它只是對電磁現(xiàn)象的數(shù)學(xué)總結(jié),，更基本的描述是庫侖定律、畢薩定律,、安培定律,、法拉第電磁感應(yīng)定律等，位移電流的假說一直都存在爭議,，而且它的成立也是有條件的,，例如：

，當(dāng)直導(dǎo)線有限長時,，它就不成立,，當(dāng)導(dǎo)線彎曲時，它也不成立,。電磁波與麥克斯韋方程組更無關(guān)了,，電磁波中的各種變量，都不滿足最基本的電磁學(xué)定律,，例如,，在電磁波中，E和H是線性關(guān)系,，而且比值也是確定的,，也具有相同的相位，但為什么從麥克斯韋方程組能夠推導(dǎo)出波動方程呢,？

如圖18（a）所示是一個偶極子天線所發(fā)射的電磁波,，按照教科書中的描述，E1是由天線直接產(chǎn)生的,，B1是由E1產(chǎn)生的,，E2是由B1產(chǎn)生的，依次類推,。

先看看教科書中的推導(dǎo)過程：

根據(jù)麥克斯韋方程

（1）,，

（2），

（3）,，對第一個等式取旋度并將第二式代入得：

,，

因?yàn)?/p>

，

根據(jù)第三式可得：

,，

同理可得：