В рамках волновой теории свет представляет собой электромагнитные волны
Работа добавлена на сайт samzan.net:
СВЕТ КАК ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ВОЛНА
Физическая природа света.
В рамках волновой теории свет представляет собой электромагнитные волны. Под светом в настоящее время понимают электромагнитное излучение оптического диапазона, включающего видимое, инфракрасное (ИК) и ультрафиолетовое (УФ) излучение.
Границы оптического диапазона, а также границы между его участками установлены на основе экспериментальных данных и не являются абсолютно точными. Диапазон видимых длин волн: 380 нм = =760 нм, частота колебаний порядка Гц, период колебаний с (фемтосекунды).
Электромагнитная волна – колебания напряженности электрического и магнитного полей, распространяющиеся в пространстве с конечной скоростью.
Математическое описание оптических явлений строится на основе базовых уравнений электромагнетизма – уравнениях Максвелла.
Из уравнений Максвелла следует
1) факт существования электромагнитных волн,
2) распространение электромагнитных волн в вакууме со скоростью
, (1)
3) распространение электромагнитных волн в однородной изотропной среде со скоростью
(2)
4) Частные решения в виде плоской и сферической волн
ПЛОСКАЯ МОНОХРОМАТИЧЕСКАЯ ВОЛНА, ЕЕ ПАРАМЕТРЫ И СВОЙСТВА
Плоская монохроматическая волна – частное решение Уравнений Максвелла. Напряженность электрического поля такой волны описывается выражением:
(3)
– волна распространяется вдоль оси z,
(4)
– волна распространяется в направлении, задаваемом вектором . Здесь – волновой вектор, длина которого равна волновому числу, а направление совпадает с направлением распространения волны (т.е. с нормалью к волновому фронту).
В комплексном виде
. (5)
Параметры плоской монохроматической волны. (см. рис 1).
– амплитуда волны, в общем случае, комплексная.
— фаза волны,
– начальная фаза волны,
– циклическая частота волны,
, где — частота волны (Гц),
, где – период волны,
– волновой вектор, направлен в направлении распространения волны (в частном случае – вдоль оси z), перпендикулярно к волновой поверхности (поверхности равных фаз).
— волновое число, ,
— длина волны или ее пространственный период, υ – фазовая скорость волны (скорость распространения волнового фронта волны)
,
где n - показатель преломления среды,
- длина волны в вакууме,
величина Δ, равная произведению показателя преломления на геометрическую длину пути Δ = nz , называется оптической длиной пути.
Рис. 1
Свойства плоской монохроматической волны
1. Волна монохроматическая – колебания напряженностей электрического и магнитного полей происходят на одной частоте, т.е гармонические (по закону sin, cos).
2. Волна плоская – волновая поверхность (поверхность равных фаз, или поверхность постоянной фазы) – плоскость (см. рис 2), т.е. удовлетворяет уравнению плоскости: z=const (в общем случае ). Волновой фронт – это волновая поверхность на границе между возмущенной и невозмущенной частью пространства.
3. Поперечность электромагнитной волны – колебания векторов и перпендикулярны направлению распространения волны (см. рис. 2, 3, 4);
Рис. 2. Волновой фронт (плоскость) и структура плоской монохроматической волны (правая тройка векторов)
Рис.3. Волновой фронт (сфера) и структура сферической монохроматической волны (правая тройка векторов)
4. Правая тройка векторов – векторы , образуют правую ортогоналъную тройку векторов (cм. рис. 2, 3.);
5. Связь между векторами и – синфазность колебаний этих векторов (см. рис. 4);
Рис. 4. Синфазность колебаний напряженностей электрического и магнитного полей
6. Связь между амплитудами векторов и :
; (6)
7. Поляризация электромагнитной волны. Поляризация – свойство света, обусловленное поперечностью электромагнитных волн. Поляризация характеризует структуру колебаний вектора напряженности электрического поля в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны (cм. рис. 5). Конец вектора в этой плоскости может описывать различные фигуры (линию, эллипс, круг). Если с течением времени эти фигуры не изменяются, свет полностью поляризован (линейно, эллиптически, циркулярно). Если состояния поляризации (фигуры) с течением времени изменяются случайным образом, свет не поляризован;
Рис. 5. Состояния поляризации плоской монохроматической волны
8. Интенсивность плоской монохроматической волны пропорциональна квадрату ее амплитуды;
9. Связь между волной и лучом. Световые лучи – это нормали к волновой поверхности (поверхности постоянной фазы волны) (cм. рис 6).
Рис. 6. Волновые поверхности в различные моменты времени и световые лучи:
в случае плоской (cлева) и сферической (справа) волн
10. Почему для описания светового поля
используется вектор , а не
Выражение интенсивности света через вектор , а не , имеет физический смысл. Сравним действие электрического и магнитного полей на заряд q, определяемого силами Лоренца (см. рис. 7): силой электрического поля и магнитного поля – , где - скорость движения заряда, а вектор индукции магнитного поля.
Рис. 7. Силы, действующие на заряженную частицу со стороны электрического и магнитного полей
, (8)
где - фазовая скорость волны.
СФЕРИЧЕСКАЯ ВОЛНА
Напряженность электрического поля сферической волны описывается выражением:
(7)
Это выражение записано в сферической системе координат. Оно описывает сферическую волну, расходящуюся от точечного источника, расположенного в начале координат. Волновые поверхности сферической волны представляют собой сферы, удовлетворяющие уравнению (см. рис. 3, 6). В отличие от плоской волны, амплитуда сферической волны не является постоянной, а убывает с расстоянием.
PAGE 5
2. Повышение уровня и качества жизни населения как социологическая проблем
3. Антиоксидантная система при внутриутробной гипоксии плода.html
4. Тема доклада Научный руководитель 1 Амшеев Виктор Александрович сту
5. Русские пробежки в Томске 01
6. правовых документах
7. контрольна робота 1 з дисципліни Сучасна теорія управління Варіант 2 Виконав-
8. на тему- Подготовка аналитических материалов для принятия решения о целесообразности разработки проек
9. .Общий психологический подход Изучается психология человека его сознание восприятие мышление
10. Прикладная фотохимия
11. Тема- Электоральное поведение граждан РФ МЕТОДИКА ЭКСПЕРТНЫХ ОЦЕНОК Экспертный опрос ~ это сбор перви
12. In God we trust ll others we udit
13. Десятки бронированных сапог гремели по старым железнодорожным путям
14. Основная часть
15. 2012 Класс6аШкола18 Предмет русский язык Учител
16. в тіні що обумовлено несприятливим регуляторним середовищем
17. Женский бизнес
18. рівносторонній оранжевий трикутник на голубому тлі; рівносторонній оранжевий трикутник на червоному тлі;
19. тема открытого образования Философия Части IIIIV Курс лекций п
20. С этой точки зрения большое значение приобретают прогрессивные высокопроизводительные методы обработки