4.Энергия электромагнитных волн. Импульс электромагнитного поля.

Общим для всех волн (независимо от их природы) является то, что при их распространении осуществляется перенос энергии без переноса вещества.

Энергия, переносимая э/м волной складывается из энергии электрических и магнитных полей.

Объемная плотность w энергии электромагнитной волны скла­дывается из объемных плотностей электриче­ского и магнитного полей: (4.1)

Учитывая выражение (3.5), получим, что плотность энергии электрического и магнитного полей в каждый момент вре­мени одинакова, т.е. = . Поэтому (4.2)

Умножив плотность энергии w на скорость v распространения волны в среде, получим модуль плотности потока энергии: (4.3)

Так как векторы Е и Н взаимно перпендикулярны и образуют с направлением распространения волны правовинтовую систему, то направление вектора [ЕН] совпадает с направлением переноса энер­гии, а модуль этого вектора равен ЕН. Вектор плотности потока электромагнит­ной энергии называется вектором Умова— Пойнтинга: S=[EH]. (4.4)

Вектор S направлен в сторону рас­пространения э/м волны, а его модуль равен энергии, переносимой электромагнитной волной за единицу вре­мени через единичную площадку, перпен­дикулярную направлению распростране­ния волны.

Интенсивность связана с вектором Пойнтинга соотношением:

5. Взаимодействие электромагнитных волн с веществом.

Электромагнитная волна, падая из вакуума на вещество, вызывает колебания в атомах и молекулах вещества. В случае ультрафиолетовых и видимых лучей за изменением электромагнитного поля световой волны могут следовать только электроны в атомах. Инфракрасные лучи вызывают колебания атомов в молекулах, а так же частиц, находящихся в узлах кристаллических решеток твердых тел. Наиболее сильно действие световой волны проявляется, когда ее частота совпадает с одной из собственных частот колебаний электронов в атомах или близка к ней. Атомы и молекулы, приходя в вынужденные колебания, становятся вторичными излучателями электромагнитных волн.

О пр. 4.1..Э/м волна, возникшая в результате суперпозиции первичной и вторичной волн, распространяющаяся в той же среде (или вакууме), откуда пришла первичная волна, наз. отраженной волной.

Опр. 4.2..Э/м волна, возникшая в результате суперпозиции первичной и вторичной волн, распространяющаяся в той среде, где возникли вторичные волны, наз. преломленной волной.

Колебания частиц под действием электромагнитной волны возбуждаются в основном электрической компонентой поля волны (вектор Е). Макроскопические электрические свойства вещества, определяющие его поведение под действием световой волны, характеризуются относительной диэлектрической проницаемостью ; для всех веществ в области оптических частот электромагнитных волн относительная магнитная проницаемость .

5.1.Отражение и преломление света диэлектриками.

При падении световой волны на плоскую границу раздела двух диэлектриков с различными значениями относительной диэлектрической проницаемости световая волна частично отражается и частично преломляется. Одна среда по отношению к другой характеризуется скоростью распространения света в ней.

Опр. 5.1.Отношение или - (для всех сред, кроме ферромагнетиков) называется абсолютным показателем преломле­ния света для данного диэлектрика (по отношению к вакууму).

Опр. 5.2.Отношение , где и - абсо­лютные показатели преломления последовательных сред, в которых распространяется свет, наз. относительным показателем пре­ломления второй среды относительно пер­вой; (в среде всегда >1; в вакууме ).

Опр. 5.3.Значения показателя преломления характеризуют оптиче­скую плотность среды. Среда с большим п называется оптически более плотной, чем среда с меньшим п. Соответственно среда с меньшим n называется оптически менее плотной, чем среда с большим п.

Для монохроматических волн справедливы законы:

1. угол между направлением распространения отраженной волны и нормалью к границе раздела (угол отражения) равен соответствующему углу для падающей волны : (закон отражения).

2. угол между направлением распространения преломленной волны и нормалью к границе раздела (угол преломления i₂) связан с углом падения законом преломления:

О пр. 5.4..Угол падения, при котором угол преломления равен (преломленная волна отсутствует), называется предельным углом .

Опр. 5.5.Явление отражения света целиком в первую среду наз. полным внутренним отражением света.

Опр. 5.6.Отношение интенсивности отраженной волны к интенсивности падающей наз. коэффициентом отражения света R второй среды относительно первой.

Для нормально падающего света: . Замена на обратную ему величину не изменяет значения , т.е. коэффициент отражения поверхности раздела двух данных сред для обоих направлений распространения света имеет одинаковое значение.

О пр. 5.7.Отношение интенсивности преломленной волны к интенсивности пада-ющей наз. коэффициентом пропускания света T второй среды относительно первой.

Если вторая среда идеально прозрачна (не поглощает света), то .

Для нормально падающего света: .

Показатель преломления стекол близок к 1,5. Подстановка в формулы даст , т.е. каждая поверхность стеклянной пластинки отражает (при падении, близком к нормальному) около 4% упавшей на нее световой энергии.