3.Энергия и импульс электромагнитных волн

Электромагнитные волны переносят энергию, объемная плотность которой складывается, суммируется из двух составляющих - объемной плотности электрического и магнитного полей.

W=W_эл+W_магн=εε₀Е²/2+μμ₀Н²/2

Е= Н

Можно сделать вывод, что плотности энергий электрического и магнитного полей электромагнитных колебаний равны, значит

W=2 W_эл= εε₀Е²= EH

Однако, скорость распространения магнитных волн:

v= =(1/ )(1/ )

с=1/ W=EH/v

4. Вектор Умова-Пойнтинга

Умножим плотность энергии W на скорость v, получим модуль плотности потока энергии: S=Wv=EH

Направление вектора S совпадает с направлением распространения электромагнитной волны (х, ), а среднее за период значение модуля S будет равно: <S>=EH/2 .А сам вектор плотности потока электромагнитной энергии, который и называется вектором Умова-Пойнтинга, представляет собой:

Лебедев экспериментально показал, что свет оказывает давление на твердые тела.Таким образом электромагнитному полю присущ механический импульс.

Импульс электромагнитного поля:

P=W/c

В вакууме, где скорость распространения равна скорости света, можно записать:

P=mc. Отсюда: W=mc² .Последнее соотношение является универсальным законом природы, подробно рассматривается в специальной теории относительности.

5. Излучение электромагнитных волн

Элементарной излучающей системой, то есть элементарным осциллятором является электрический диполь, электрический момент которого изменяется во времени по гармоническому закону:

P=P₀cosωt

Здесь P₀ — амплитуда вектора Р.

Волновая зона диполя — это точки пространства, отстоящие от диполя на расстояние r>>λ. При выполнении этого условия картина электро­магнитного поля диполя упрощается. В волновой зоне диполя имеет место только свободно распространя­ющиеся поля, в то время как поля, колеблющиеся вместе с диполем и имеющие сложную структуру, сосредоточены в области r<λ.

В волновой зоне волновой фронт является сфери­ческим, то есть волна, излучаемая диполем, является сферической. В каждой точке векторы Е и Н колеблются по закону: cos(ωt-kr), амплитуды этих векторов пропорциональны величине (1/r)sinθ.

Они также зависят от угла θ между направлениями радиуса вектора и осью диполя.

I(sin²θ)/r

Интенсивность излуче­ния диполя пропорциональ­на квадрату синуса θ и обратно пропорциональна квадрату расстояния диполя от рассматриваемой точки.

Зависимость I от θ при фиксированном значении r, и приводимая в полярных координатах, называется диаграммой направленности излучения диполя (игра­ет чрезвычайно важную роль при проектировании антенн).

Из последнего уравнения и диаграммы следует, что диполь максимально излучает в направлениях, перпендикулярных его оси, то есть θ=π/2, а вдоль своей оси, то есть θ=0 или θ= π, диполь вообще не излучает.

Диаграмма направленности излучения диполя позволяет формировать излучение с определенными характеристиками, что используется при конструиро­вании антенн.

№ 57. Интерференция света. Расчет интерференционной картины от двух когерентных источников. Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Зоны Френеля. Дифракционная решетка.

1. Интерференция – это явление наложения нескольких когерентных волн, при котором происходит устойчивое во времени их взаимное усиление в одних точках пространства и ослабление в других в зависимости от соотношения между фазами этих волн. Такое чередование максимумов и минимумов амплитуды колебаний, образующееся путем перераспределения в пространстве энергии накладывающихся когерентных волн.

Когерентность – согласованное протекание во времени и пространстве нескольких колебаний или волновых процессов. Когерентные волны – это волн, у которых разность фаз не зависит от времени, или гармонические волны, имеющие одинаковую частоту.