- •12.Електромагнітні коливання та хвилі
- •12.1. Коливальний контур
- •12.2. Незгасаючі електромагнітні коливання
- •12.3. Вільні згасаючі електромагнітні коливання
- •12.4. Вимушені коливання
- •12.5. Змінний струм
- •12.6. Рівняння Максвелла
- •12.6.1.Теорема Остроградського-Гауса
- •12.6.2.Теорема Стокса.
- •12.6.3.Струм зміщення
- •12.6.4.Перше рівняння Максвелла.
- •12.6.5.Друге рівняння Максвелла.
- •12.6.6.Третє рівняння Максвелла.
- •12.6.7.Четверте рівняння Максвелла.
- •12.6.8.Матеріальні рівняння Максвелла.
- •12.7. Диференціальні рівняння Максвелла у діелектрику
- •12.8. Плоска електромагнітна хвиля
- •12.9.Поляризація хвилі
- •12.10. Енергія, інтенсивність та тиск електромагнітної хвилі
- •12.11. Випромінювання електричного диполя
- •12.12.Контрольні питання
12.9.Поляризація хвилі
Лінійна поляризація. Площина, утворена векторами хвилі, називається площиною поляризації хвилі. Якщо площина поляризації зберігає своє положення в просторі, то така хвиля є лінійно поляризованою (плоско поляризованою).
Еліптична поляризація. Якщо в площині , вершина вектораописує еліпс, то така хвиля еліптично поляризована. Це означає, що вектормає дві складові, зсунуті по фазі
. (1)
В цьому випадку можна розглянути задачу додавання двох взаємно перпендикулярних коливань із зсувом по фазі, результатом якого маємо рівняння для траєкторії, яку описує вершина вектора з часом
+- 2cos = sin2. (2)
Для випадку = (2m +1) траєкторіями є еліпси. Коли ж ще й А1 = А2, то еліпси перетворюються в кола і така хвиля називається циркулярно поляризованою (поляризованою по колу).
Природна поляризація. Якщо в площині перпендикулярній вектору вектор кожної миті займає рівно ймовірні напрямки, то така хвиля називається природно поляризованою.
12.10. Енергія, інтенсивність та тиск електромагнітної хвилі
Об'ємна густина енергії електромагнітного поля w дорівнює сумі об'ємних густин енергії електричного wе та магнітного wm полів
. (1)
Зважаючи на рівність Н= Е, одержимо
, (2)
де - швидкість розповсюдження електромагнітної хвилі в середовищі,-показник заломлення середовища,- швидкість розповсюдження електромагнітної хвилі в вакуумі.
Для плоскої монохроматичної хвилі , маємо
. (3)
Середнє за період Т значення густини енергії
, (4)
тому, що
.
Вектор називається вектором Пойнтінга. Цей вектор є вектором потоку енергії, який можна записати у вигляді .Промінь електромагнітної хвилі є уявна крива, дотична до якої вказує напрямок розповсюдження енергії, тобто напрямок вектора . Для ізотропного середовища цей напрямок співпадає з напрямком швидкості хвилі.
Модуль вектора називається інтенсивністю І електромагнітної хвилі і він чисельно дорівнює енергії, що розповсюджується за 1с через поперечний переріз в 1м2. Для плоскої монохроматичної хвилі з амплітудою
, (5)
або
,
де амплітуда магнітної складової.
За розрахунками Максвелла електромагнітна хвиля, що падає на поверхню під кутом , утворює тиск на поверхню падіння
,
де R - коефіцієнт відбиття енергії. Покажемо це в такий спосіб. Нехай на поверхню S за одиницю часу падає поверхні S випромінювання, яке має густину енергії <w>. Імпульс випромінювання
. (6)
При відбиванні від поверхні з коефіцієнтом відбивання R, випромінювання передає їй імпульс рівний
, (7)
а решта поглинутої енергії (1 - R) випромінювання передає імпульс
. (9)
Разом поверхні буде передано імпульс
. (10)
За другим законом Ньютона імпульс, переданий одиничній поверхні за одиницю часу, чисельно рівний тиску, тому тиск що його створює електромагнітна хвиля запишеться так
Р = (1 +R). (11)
При падінні випромінювання під кутом , потрібно ввести множник, тому що тиск створює нормальна складова випромінювання.