Хвильова оптика

ПЛАН

1. Електромагнітні хвилі. Рівняння Максвела.

2. Інтерференція світла. Принцип Гюйгенса.

3. Дифракція світла. Принцип Гюйгенса – Френеля.

4. Поляризація світла.

5. Дисперсія і поглинання світла.

6. Розсіяння світла.

Електромагнітні хвилі

Джерелом електростатичного поля є електричні заряди. Це поле є потенціальним (), його силові лінії не замкнуті, а починаються на позитивному заряді і закінчуються на негативному заряді.

Але існують електричні поля, що народжуються змінним магнітним полем, це вихрові електричні поля, їх силові лінії замкнуті (). Циркуляція вектора напруженості по довільному замкнутому контуру не дорівнює нулю, а дорівнює швидкості зміни магнітного потоку, яка пронизує довільну поверхню, що спирається на контур інтегрування. Такі вихрові електричні поля зумовлюють неперервний рух електричних зарядів уздовж замкнутих провідників, вміщених в це поле і є причиною виникнення індукційних струмів.

Максвел висунув гіпотезу: „ Всяке змінне в часі магнітне поле збуджує в оточуючому просторі вихрове електричне поле”. .

Електромагнітне поле – форма матерії, через яку здійснюється взаємодія між електричними зарядженими частинками.

Електромагнітне поле може існувати і вільно, незалежно від джерел, які його створили, у вигляді електромагнітних хвиль, що розповсюджуються в просторі із швидкістю . У вакуумі електромагнітне поле характеризується векторами напруженості електричного поля і магнітної індукції . Цими векторами визначають сили, які діють з боку електромагнітного поля на рухомі і нерухомі електричні заряди. Для середовища такими характеристиками є вектор індукції електричного поля і вектор напруженості магнітного поля .

Вихрове електричне поле збуджується змінним магнітним полем . Змінне електричне поле народжує змінне магнітне поле . (Це інтегральний запис рівнянь Максвела).

Рівняння Максвела можна записати в диференціальному запису: або

Рівняння електромагнітної хвилі: , де хвильове число . Швидкість поширення електромагнітних хвиль у вакуумі , а в середовищі .

Багатьма дослідами було доведено, що око людини, тварин, фотопластинка та інші прилади, які реєструють світло, сприймають електричну складову електромагнітної хвилі – коливання вектора електричної напруженості в електромагнітній хвилі.

Закон Максвела: .

Електромагнітна хвиля переносить енергію, об’ємну густину якої можна знайти за формулою:

Модуль вектора Умова – Пойтинга визначає потік електромагнітної енергії за одиницю часу крізь одиницю поверхні перпендикулярно до напряму поширення енергії. . Енергія електромагнітних хвиль в однорідному ізотропному середовищі переноситься у напрямі їх поширення зі швидкістю поширення хвиль в цьому середовищі.

Якщо по провіднику тече змінний струм, напрям вектора Умова – Пойтинга не змінюється.

Вектор Умова – Пойтинга визначає коефіцієнт відбивання і заломлення середовища для електромагнітних хвиль, тиск.

Контрольні питання

1. Запишіть рівняння електромагнітної хвилі.

2. Як впливає значення діелектричної проникності середовища на величину швидкості поширення електромагнітної хвилі в даному середовищі?

3. Як впливає на швидкість поширення електромагнітної хвилі в середовище значення його магнітної проникності?

4. Які властивості має електромагнітна хвиля?

5. Який існує взаємозв’язок між вихровими електричними і магнітними полями?