12.1.8∗. Используя закон электромагнитной индукции и связь переменного электрического поля с магнитным полем (см. задачу 11.6.1), докажите, что скорость распространения волны в среде с диэлектрической проницаемостью $ε$ и магнитной проницаемостью $µ$ равна $c/√µε$.
Решение
Решим уравнения Максвелла для однородной среды без зарядов и токов. Тогда уравнения выглядят: $$divE = 0$$ $$divB =0$$ $$rotE = -\frac{\partial B}{\partial t}$$ $$rotB = -\mu\mu_0\varepsilon\varepsilon_0\frac{\partial E}{\partial t}$$ Пусть волна распространяется по оси $z$. Тогда уравнения примут вид: $$\frac{\partial E_x}{\partial z} = -\frac{\partial B_y}{\partial t}$$ $$\frac{\partial B_y}{\partial z} = -\mu\mu_0\varepsilon\varepsilon_0\frac{\partial E_x}{\partial t}$$ Если продифференцировать первое уравнение по времени и подставим во второе, то получим уравнение для распространения волны: $$\frac{\partial^2 E_x}{\partial z^2} = \mu\mu_0\varepsilon\varepsilon_0\frac{\partial^2 E_x}{\partial t^2}$$ Уравнение в обычном виде: $$\frac{\partial^2 E_x}{\partial z^2} = \frac{1}{v^2}\frac{\partial^2 E_x}{\partial t^2}$$ Тогда скорость её распространения равна: $$v = \frac{1}{\sqrt{\mu\mu_0\varepsilon\varepsilon_0}} = \frac{c}{\sqrt{\mu\varepsilon}}$$