Вопросы по восьмой главе:
1. Какие физические законы, сформулированные в главах 5, 6 и 7 лежат в основе первого, и второго уравнений Максвелла?
2. В чём физическое отличие каждого из уравнений Максвелла от законов - прототипов электростатического и магнитного поля? Что такое ротор (rot), дивергенция (div) и градиент (grad)? Что такое вектор ∇? Как записать уравнения Максвелла с применением вектора ∇?
3. Сформулируйте теорему Умова-Пойнтинга.
4. В чём физический смысл вектора Умова-Пойнтинга?
5. Как передаётся энергия от источника тока к нагрузке, соединенными проводами?
6. Какую роль играют провода в электроэнергетике?
7. Какими признаками характеризуется плоская электромагнитная волна?
8. Запишите волновое уравнение плоского электромагнитного поля в диэлектрике.
9. Как связаны между собой электрическое и магнитное поле падающей и отраженной плоской волны в диэлектрике?
10. Чем определяется форма падающей и отражённой плоских волн в диэлектрике?
11. Сдвинуты ли по фазе синусоидальные волны электрического и магнитного полей в диэлектрике?
12. Что такое стоячая волна и как она образуется?
13. Что такое узлы и пучности стоячей волны?
14. Чему равна скорость распространения электромагнитной волны в диэлектрике?
15. Чему равна плотность энергии электромагнитной волны в диэлектрике?
16. Что такое сферическая волна?
17. В чём отличие распространения электромагнитной волны в проводящей среде?
18. Зависит ли скорость распространения электромагнитной волны от частоты в проводнике?
19. Какова глубина проникновения электромагнитной волны в проводящей среде?
20. Приведите примеры использования в технике эффектов, возникающих при проникновении электромагнитной волны в проводящую среду.
21. Почему не используют радиосвязь с подводными лодками, плавающими на глубине?
22. Почему скорость света через реальные среды зависит от частоты?
РАЗДЕЛ ЧЕТВЕРТЫЙ. ВОЛНОВЫЕ ПРОЦЕССЫ
ГЛАВА ДЕВЯТАЯ. ОПТИКА
9.1. Шкала электромагнитных излучений. Свет и цвет
Электромагнитные волны вызывают в зависимости от их частоты различные физические эффекты. В связи с этим они разбиты на ряд диапазонов. В таблице 9.1 дана шкала этих диапазонов.
Таблица 9.1
Шкала диапазонов электромагнитных излучений
Радиоволны |
Электронное излучение |
Ядерное излучение |
|||||||
Длинные волны |
Средние волны |
Короткие волны |
Ультракороткие волны |
Инфракрасные лучи |
Видимые лучи |
Ультрафиолетовые лучи |
Рентгеновские лучи |
γ- лучи |
|
102 105 Гц |
106 108 Гц |
109 1010 Гц |
1011÷ 1012 Гц
|
1013 1014 Гц |
3,5 7∙ ∙1014 Гц |
1014,7 1016,3 Гц |
1016,3 1022 Гц |
> 1018,3 Гц |
|
Диапазоны определяются физическим принципом генерирования электромагнитных волн. Радиоволны (диапазон от 102 до 1012 Гц) возникают в результате колебания большого количества зарядов в объектах, представляющих скопление молекул, находящееся в конденсированном состоянии (см. далее, в 5 разделе). В диапазон электронного или атомного излучения (1012 ÷ 1022Гц) входят электромагнитные волны, излученные в результате перескакивания электронов с одной орбитали на другую. В этот диапазон входят инфракрасные лучи, ответственные за передачу теплового движения, видимый свет (3,5 ÷ 7)∙1014,2Гц, ультрафиолетовые лучи, являющиеся катализаторами различных химических реакций; и рентгеновские лучи (1016,3 ÷ 1022Гц).
Наибольшей частотой (f > 1018,3 Гц) обладают гамма - лучи, возникающие в результате ядерного распада.
Ниже будут рассматриваться электромагнитные волны в диапазоне видимого света. Большинство из полученных результатов можно распространить и на другие диапазоны, поэтому мы не будем это обстоятельство каждый раз оговаривать.
Наши глаза в состоянии разбить видимый световой диапазон на 7 поддиапазонов – красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. (Для запоминания последовательности этих поддиапазонов используется мнемоническая фраза: «каждый охотник желает знать, где сидит фазан»).
Относительно недавно было обнаружено еще одно свойство зрения – воспринимать тот или иной цвет путем смешивания всего трех цветов: (red – green – blue – RGB). На рисунке 9.1. показано, как, меняя интенсивность того или иного цвета, можно получить любой цвет видимого спектра [2]. По оси абсцисс отложена частота спектральной линии, а по оси ординат – коэффициенты, характеризующие относительную интенсивность одного из указанных цветов. Нетрудно заметить, что цвета от красного до зеленого можно получить, смешивая лишь эти два цвета, а от зеленого до синего – смешивая только эти два цвета. Если к цветам спектра добавить не использованный цвет, можно получить еще более богатую цветную палитру: пурпурный, коричневый, бежевый, кремовый и другие цвета.
Рис. 9.1. Цветовые коэффициенты чистых спектральных тонов