1.1 Волновое уравнение для электромагнитной волны. Скорость распространения волны. Основные свойства электромагнитных волн.

Волновые уравнения для векторов напряженности электрического и магнитного полей:

- показывают, что электромагнитные поля могут существовать в виде электромагнитных волн, фазовая скорость которых равна обратному квадрату коэффициента при производной по времени, отсюда находим эту скорость:

В вакууме , в результате получим: - скорость электромагнитных волн совпадает со скоростью света в пустоте – максимальной скоростью передачи взаимодействий в природе.

Свойства электромагнитных волн:

- Они поперечные, т.е. векторы Е и Н колеблются поперёк направления распространения волны;

- Векторы Е и Н колеблются в одной фазе (для непроводящих сред);

- Векторы Е и Н взаимно перпендикулярны, так что векторы V, Е и Н образуют правую тройку векторов;

- Модули Е и Н связаны соотношением: Е²= Н².

1.2 Уравнение плоской и сферической электромагнитной волны. Интенсивность и ее связь с амплитудой волны.

Эти уравнения описывают плоскую монохроматическую электромагнитную поперечно-поляризованную (т.к. направление колебаний векторов Е и Н перпендикулярно направлению распространения волны – волновому вектору ) волну; колебания векторов Е и Н происходят в одной фазе; Е₀ и Н₀ – амплитуды ( Е₀²= Н₀²).

Если источник возмущения мал (точка) и скорость распространения возмущения во все стороны одинакова (изотропная среда), то фронт волны имеет вид сферической поверхности с центром в источнике.

В таком случае волна называется сферической и её уравнение имеет вид: ;

где и – амплитуда на единичном расстоянии r от источника (амплитуда сферической волны уменьшается пропорционально расстоянию от источника).

Интенсивность (плотность потока) I - электромагнитная энергия, переносимуя волной за единицу времени через поверхность единичной площади: = = ;

В гармонической волне в вакууме среднее значение I_ср плотности потока электромагнитной энергии равно , где Е₀ – амплитуда колебаний напряженности электрического поля.

2.1 Световая волна. Показатель преломления среды. Законы геометрической оптики.

Световые волны — это электромагнитные волны, включающие инфракрасный (λ~1мм—0.75мкм), видимый (λ~0.75—0.4мкм) и ультрафиолетовый (λ~0.4—0,05мкм) диапазоны.

В вакууме свет распространяется с наибольшей скоростью, не зависящей от частоты световой волны и равной

Оптические свойства вещества характеризуют показатель преломления. Под показателем преломления n среды понимают отношение скорости света в вакууме к фазовой скорости света ϑ в среде: = .

Законы геометрической оптики:

1. Закон прямолинейного распространения света – в оптически однородной среде свет распространяется прямолинейно.

2. Закон независимости световых лучей – световые лучи при пересечении не возмущают друг от друга.

3. Закон отражения света - падающий и отраженный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости (плоскость падения). Угол отражения γ равен углу падения α.

4. Закон преломления света – падающий и преломленный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения α к синусу угла преломления β – относительный показатель преломления.

5. Закон обратимости хода лучей – при измерении направления лучей на противоположное их взаимное расположение не меняется.