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Ecuación de Onda y Ondas Electromagnéticas 1

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Ecuación de Onda y Ondas

Electromagnéticas

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Ecuaciones de Maxwell: Forma Diferencial

Las ecuaciones de Maxwell son las leyes fundamentales para describir el

comportamiento de los campos eléctricos y magnéticos. En el cuadro

siguiente aparecen éstas en forma diferencial.

t

EJBx

B

t

BEx

E

000

0

0

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La Ecuación de Onda Clásica

En la Mecánica Clásica, cualquier tipo de ondas mecánicas satisfacían

una ecuación de onda del tipo:

2

2

2

2

2

2

22

2

1

,

1

tv

vtxtx

tvx

Donde

es cualquier función periódica que describe a

una onda viajando a velocidad v

vtxtx ,

De este modo, es importante verificar si los campos electromagnéticos

satisfacen una ecuación de onda similar y obtener su velocidad de

propagación en el vacío:

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La Ecuación de Onda en el Vacío para el

Campo Electromagnético

Con este objetivo, debemos obtener la ecuación de onda para E y B en

ausencia de fuentes, así que tomando =0, J=0, entonces:

t

EBx

B

t

BEx

E

00

0

0

Ahora, aplicando el rotacional de la segunda ecuación,

obtenemos:

cv

t

EE

t

EBx

tt

BxEEExx

2/1

00

2

2

00

2

2

2

0000

2

1

Que es la ecuación de onda para E. Como puede notarse, la velocidad

de propagación para el campo eléctrico es c. La ecuación para B se

obtiene de manera similar.

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La Ecuación de Onda en el Vacío para el Campo

Electromagnético (II)

Las soluciones para estas ecuaciones de onda son:

Siendo

trBtrB

trEtrE

sin,

sin,

0

0

f 2 , 2

el vector de onda y la frecuencia de oscilación, respectivamente.

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La Ecuación de Onda en el Vacío en el Campo

Electromagnético (III)

Además, las amplitudes E0 y B0 son tales que:

Siendo

00 cBE

f 2 , 2

el vector de onda y la frecuencia de oscilación, respectivamente. La onda

EM es transversal dado que tanto E como B son perpendiculares a k.