31. Плоская электромагнитная волна. Ее характеристики.

Как известно, электромагнитные поля определяются путём задания в каждой точке пространства четырёх векторов: вектора напряжённости электрического поля  ; вектора напряжённости магнитного поля  ; вектора электрического смещения  ; вектора магнитной индукции  .

Электромагнитное поле распространяется так, как механическое поле.

Электромагнитна волна - процесс согласованного изменения электрического и магнитного полей в пространстве и времени, при распространении электромагнитного возмущения из одной точки пространства в другую. Процесс распространения электромагнитного поля в пространстве

Распространение электромагнитных волн происходит со скоростью света

Источник электромагнитных волн – ускоренно движущиеся заряды.

Силовые характеристики ориентированы перпендикулярно друг другу. Перепендикулярны скорости распространения волны.

Электромагнитные волны могут распространяться в вакууме.

Характеристика электромагнитных волн.

Одной из характеристик электромагнитных волн является плотность электромагнитного излучения. Плотность потока излучения равна произведению плотности электромагнитной энергии на скорость ее распространения.

Частота - количество оборотов биона в единицу времени. Скорость света - скорость передачи вращений от одного биона к другому. Фаза - расположение одного из полюсов биона относительно линии распространения электромагнитной волны.

Свойства электромагнитных волн зависят от их длины.

Длина волны Λ=c*T=c/ν

Если длина волны растет - частота уменьшается.

Гамма излучение – энергия самая высокая, несет лучевое поражение(солнце, ядерные процессы в ядре) λ<0,01

Рентгеновское излучение – источники – процессы внутри атома, движение электронов

Вакуумное ультрафиолетовое излучение λ=0,01-10

Ультрафиолет – поверхностное действие, источник – процессы в атоме λ=180-400

Видимый спектр λ=400-700

Инфракрасное излучение – движение ядер, обусловленное нагревом λ=760-10^4

СВЧ – источник – ток в проводах λ=10^4-10^5

32. И нтерференция света. Поляризация света

С волновой точки зрения свет представляет собой электромагнитные волны, т.е. процесс распространения колебаний связанных между собой электрического и магнитного полей. На рис. 1 изображена монохроматическая волна в непроводящей среде.

Световая волна характеризуется вектором напряженности электрического поля и вектором напряженности магнитного поля . При прохождении света через анизотропные среды векторы и взаимно перпендикулярны, и лежат в плоскости, перпендикулярной направлению распространения света.

Согласно принципу суперпозиции напряженность результирующего поля равна

= 1 + 2, ₁ , ₂

Модули векторов ₀₁ и ₀₂ - амплитуды этих колебаний,   циклическая частота, ₁ и ₂  начальные фазы колебаний.

Регистрируется интенсивность световой волны  I, которая для плоской или сферической волн пропорциональна 2. Можно показать, что: где  = 1  2. Если разность фаз  взаимодействующих волн со временем не изменяется, то в тех точках, для которых cos >0, интенсивность света превышает суммарную интенсивность I1 + I2 , а в точках, для которых cos <0, она меньше I1 + I2. То есть в этом случае произойдет перераспределение светового потока в пространстве, в результате чего в одних местах возникнут максимумы освещенности, в других - минимумы.

Это явление называется ИНТЕРФЕРЕНЦИЕЙ. В общем случае интерференция волн заключается в пространственном перераспределении интенсивности результирующей волны в зависимости от поведения во времени амплитуд, фаз, частот, направлений поляризации интерферирующих волн. Необходимым условием существования устойчивой во времени интерференционной картины является согласованное протекание колебательных процессов в накладывающихся волнах. Для этого необходимо, чтобы эти волны были одинаковой частоты (1= 2) и постоянной разности фаз ( =const). Такие волны называют когерентными.

В случае некогерентных волн, например, непрерывного изменения разности фаз  = 1  2, принимающей с равной вероятностью любые значения, среднее значение cos будет равно нулю, а результирующая интенсивность I = I1 + I2, то есть интерференционный член будет отсутствовать.

Когерентные волны можно получить, разделив (при помощи преломления или отражения) волну, излучаемую одним точечным источником. Если эти волны пройдут различные оптические пути, то при их последующем наложении будет наблюдаться интерференционная картина.

, где n1 = С/V1, n2 = С/V2, V1 и V2 - скорости волн в первой и во второй среде соответственно, C - скорость света в вакууме.

Величина  = (n2S2 - n1S1 ) называется оптической разностью хода. Можно показать, что , где 0  длина волны света в вакууме,   частота (2 = ).

Видно, что при  =  m, где m = 0,1,2,.., колебания в точке Р происходят с одинаковой фазой, т.е. наблюдается интерференционный максимум. Если  =(2m +1) /2, то в точке Р наблюдается минимум.

1802г. Английский физик Томас Юнг поставил опыт, в котором наблюдалась интерференция света.  Опыт Томаса Юнга От одного источника  через щель  А формировались  два пучка света ( через щели В и С), далее пучки света падали на экран Э. Так как  воны от  щелей В и С были когерентными, на экране можно было наблюдать интерференционную картину: чередование светлых и темных полос. Светлые полосы – волны усиливали друг друга  (соблюдалось условие максимума). Темные полосы – волны складывались в противофазе и гасили друг друга (условие минимума). Если в опыте Юнга использовался  источник монохроматического света  ( одной длины волны, то на экране наблюдались   только светлые и темные полосы данного цвета.

Явление интерференции можно наблюдать при освещении тонких прозрачных пленок, когда разделение световой волны на два когерентных пучка происходит вследствие отражения света от двух поверхностей пленки. В результате такого отражения возникают когерентные световые волны, которые при наложении дают локализованные интерференционные картины. Место локализации зависит от формы пленок, условий наблюдения и освещения

Часть электромагнитного излучения, лежащая в диапазоне длин волн от 400 до 760 нм, воспринимается человеческим глазом и называется светом.

Свет, в котором направления колебаний светового вектора каким-либо образом упорядочены, называется поляризованным. Если колебания светового вектора происходят во всевозможных направлениях, но одно из них преобладает над другим, то свет называется частично поляризованным. Свет, в котором вектор Е колеблется строго в одной плоскости, называется плоско- или линейно поляризованным.

Линейно поляризованный свет образуется из естественного света, с помощью приборов – поляризаторов. Они пропускают поляризованные волны в плоскости, которую называют плоскостью пропускания поляризатора, и не пропускают перпендикулярные к этой плоскости