电磁波的磁场和电场总是垂直吗（电磁波为什么是横波）

电磁波为什么是横波?怎么从麦克斯韦方程组解出毕奥–萨伐尔定律?9月2日12时，《张朝阳的物理课》第八十一期开播，搜狐创始人、董事局主席兼CEO张朝阳坐镇搜狐视频直播间，介绍磁矢势。

他先带着网友讨论了平面电磁波的电磁场分布并给出了电磁场方向与传播方向的关系，说明了电磁波是横波。之后回到静态情况，根据亥姆霍兹定理引出了磁矢势的概念，选择库伦规范后，用磁矢势表示的麦克斯韦方程组是泊松方程，类比静电场的情况可以解出磁矢势与电流密度的关系，从而解出磁感应强度关于电流密度的表达式，该表达式正是毕奥–萨伐尔定律。

在之前课程中，张朝阳定性地讲解了电磁波是如何产生的，同时也导出了波动方程，这节课定量讨论波动方程的平面波解与电磁波的电磁场性质。设平面电磁波的磁感应强度方向沿z方向，并且磁感应强度的大小只与坐标x有关，那么根据关于磁感应强度旋度的麦克斯韦方程可以得出电场的x分量与z分量为静电场，这里可以直接要求它们为零。

由波动方程还可以解出沿x正方向传播的电磁波的磁感应强度关于时空的表达式，并得到电场y分量等于与磁感应强度z分量乘以光速，相位差为零，所以平面电磁波的传播方向正是E×B的方向。因为振动方向与波的传播方向垂直，所以电磁波是横波。

讨论完变化的电磁场情况，张朝阳回到了静态情况。由于磁感应强度的散度为零，根据亥姆霍兹定理可知，磁感应强度可以写成某个场的旋度，该场称为磁矢势。磁矢势的选取并不是唯一的，将一个磁矢势加上一个标量场的梯度得到新的磁矢势，新的磁矢势与原磁矢势具有相同的旋度。

通过选取合适的标量场，可以使得任意磁矢势变换成满足散度为零的磁矢势，这样磁矢势与电流密度的关系满足泊松方程，通过类比静电场的电势可得出磁矢势关于电流密度的表达式，进一步计算磁矢势的旋度可以得到磁感应强度关于电流密度的表达式，该表达式正是毕奥–萨伐尔定律，这说明毕奥–萨伐尔定律确实是静态麦克斯韦方程组的解。之后还会看到磁矢势在动态电磁场求解中更多的应用，并越加感知磁矢势的重要性。

截至目前，《张朝阳的物理课》已直播八十余期，内容丰富、覆盖广泛，理论公式由浅入深、繁简交融。从去年11月开启第一节物理直播课，他先是从经典物理学开始，科普了牛顿运动定律等;而后从经典物理的“两朵乌云”说起，向近现代物理过渡，探讨了黑体辐射理论中的维恩公式、普朗克公式等知识。

此后逐步进入量子力学领域，从基础的薛定谔方程等理论内容，到氢原子波函数，再到气体定容比热的温度阶梯，并顺势讲解了热力学定律。接着回到了经典物理，推导出飞船运行轨迹，估算太阳的结构与性质以及中子星的自转速度，随后讲解了陀螺的进动，还计算出月球的潮汐高度。而现在开始讲解一些数学工具，准备进军广义相对论。

《张朝阳的物理课》的直播风格独树一帜：注重推导，通过一步一步详尽的数学计算，推导出相关的物理公式，把每个公式从头到尾拆解得十分清晰。

来源：中国青年网