電磁波の電場（磁場）は常に同じ向き？

真空中を伝播する電磁波を考えます。電磁波は、直交する電場と磁場の振動波（位相は異なる）です。電場ベクトルの向き、磁場ベクトルの向き、及び電磁波の進行方向は、互いに３者直交することは理解しているのですが、電場（磁場）ベクトルは特定の方向を向いているのでしょうか？それとも進行方向と直角をなしながら、周りをクルクル回っているのでしょうか？よくある電磁波の解説図では、電場と磁場の偏向面が固定されて描かれています。この偏向面は真空中でも回転しないのか、という趣旨の質問です。どなたかご存知の方、ご教授下さい。

No.4 ベストアンサー 回答者： chirubou 回答日時： 2008/09/05 23:40

偏波の具合は Maxwell の方程式（だったかな？）の解ですが、良く知られているものは No.2 さんのご回答にあるように直線偏波と円偏波があります。

偏波の具合は No.3 さんのご回答にあるように「放射の機構」で決まるのですが、もっと平たく言えば、アンテナの形状で決まります。

携帯電話のように直線の針金のようなアンテナは、針金の向きに電界ベクトルが発生します。携帯電話は垂直に持って使用することが多いので、アンテナも垂直になり、垂直偏波が使われています。

テレビ、ラジオなどでは水平偏波が使われています。屋根にあるテレビのアンテナは沢山の棒が水平に並んでいると思います。

円偏波は人工衛星との通信で使われることが多いです。この場合のアンテナは螺旋状になっています。円偏波の場合は、右回りと左回りがあります。

ちなみに送信側と受信側は同じ偏波、同じ偏波でないと効率が落ちます。これは、受信側のアンテナで、電界がアンテナの導体に電位を生じさせるためです。もし直線偏波で送信と受信とで偏波面が90度異なると全く受信できなくなってしまいます。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
アンテナの形状で偏波方向が決まるとは知りませんでした。
大変分かりやすいご説明で、非常に勉強になりました。

お礼日時：2008/09/06 10:01

No.3 回答者： noname#96418 回答日時： 2008/09/05 15:52

＃１です。

>その向きに物理的意味があるように思います。この方向はどうして決まるのかなと不思議に思ったもので。

放射の機構で決まるのでしょう。例えばシンクロトロン放射の場合には、磁場と直角方向に偏光しますね。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
放射機構で決まるのですか。
大変参考になりました。

お礼日時：2008/09/06 09:58

No.2 回答者： sparrow32h 回答日時： 2008/09/05 15:35

電場の方向が一定な電磁波を「直線偏波」といいます。

直交する直線偏波を重ね合わせるとき、同位相ならば偏波方向が変わるだけでやはり直線偏波ですが、1/4波長ずらして重ね合わせると、
E=Ex*cos(kx-ωt)+Ey*sin(kx-ωt)
となり、kx-ωtによって空間的にも時間的にも回転することになります。これを円偏波といいます。
なお、量子力学的には光子１個は円偏波で、直線偏波は逆回りの円偏波を重ね合わせることによってできています。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
真空中を伝わる電磁波は直線偏波だということでしょうか？
この偏波方向はどのようにして決まるのでしょうか？

お礼日時：2008/09/06 09:57

No.1 回答者： noname#96418 回答日時： 2008/09/05 14:20

真空中で回転するという話は聞いたことがありません。

強力な重力場の中で電磁波の進路が曲がる場合には、電場の振動面も変化するのではないかと「想像」しますが、それは質問者さんのおっしゃる回転とは違いますよね。

たぶんご存知でしょうが、自由電子と磁場が存在する空間を伝播する場合には回転して、その現象をファラデー回転といいますね。それを利用して星間磁場の視線方向成分を求めることがあるようです。

この回答へのお礼

ご回答・ご意見ありがとうございます。

真空中で電場（磁場）ベクトルの偏向面が回転しないとなると、
そのベクトルは特定の方向を向いていることになり、
その向きに物理的意味があるように思います。
この方向はどうして決まるのかなと不思議に思ったもので。

プラズマガス中では右回り円偏向と左回り円偏向では分散関係が異なるので、合成される偏向面が回転するという、いわゆるファラデー回転は理解できるのですが、真空中ではどうなんでしょうかねぇ。
うーん、困りました。

お礼日時：2008/09/05 15:27