Опыты Винера

Первые опыты по наблюдению стоячих волн были выполнены Винером в 1890 г. В этих опытах стоячая волна возникала при отражении монохроматического света от плоского металлического зеркала. Условия отражения от идеального проводника таковы, что первый узел электрического поля стоячей волны должен располагаться на поверхности зеркала. Для регистрации положения пучностей стоячей волны использовалось действие света на фотографическую эмульсию, содержащую светочувствительные кристаллические зерна бромистого серебра. Под действием света начинается разложение бромистого серебра, что приводит к почернению (после процесса химического проявления) тех участков фотоэмульсии, которые были освещены. В соответствии со слоистым распределением амплитуд колебаний электрического и магнитного полей в стоячей световой волне почернение фотоэмульсии должно тоже происходить слоями, расстояние между которыми /2, т.е. слои очень близки друг к другу.

Трудность наблюдения столь близких слоев Винер преодолел, расположив очень тонкий светочувствительный слой (~/20) на поверхности стеклянной пластинки под очень малым углом(около 1΄) к поверхности зеркала (рис. 1.6). Этот слой пересекается с плоскостями пучностей по параллельным прямым, расстояние между которыми АВ равно/(2sin). При= 0,5 мкм и= 1΄ расстояние между полосами почернения на пластинке составляет около 1 мм. Опыт показал, что первая полоса почернения фотоэмульсии не совпадает с зеркалом, а отстоит от него на расстояние/4 (по нормали).

φ

E

E

E

E

Р и с. 1.6

Как раз здесь располагается пучность электрического поля стоячей волны и узел магнитного поля. Этот результат однозначно показывает, что фотохимическое действие света обусловлено электрическим полем световой волны. Для наглядности на рис. 1.6 изменения электрической и магнитной составляющих стоячей волны пространственно разнесены.

1.3. Поляризация электромагнитных волн

Выше на основе уравнений Максвелла было показано, что в бегущей плоской электромагнитной волне векторы ив каждой точке и в каждый момент времени образуют с волновым векторомправую тройку векторов. В этом заключается свойство поперечности электромагнитных волн.

Выберем ось Ozсистемы координат вдоль волнового вектора. Тогда у векторовимогут быть отличны от нуля только проекции на осиOxиOy. Уравнения Максвелла допускают, в частности, такое решение, когда у вектораво всех точках и во все моменты времени отлична от нуля только одна проекция, напримерE_x(z,t). Вследствие упомянутого выше свойства поперечности, у векторабудет отлична от нуля только проекция на осьy, т. е.B_y(z,t). Мгновенный «снимок» такой волны, показывающий векторыив разных точках осиzв один момент времени приведен на рис. 1.7.

Р и с. 1.7

В таком случае говорят, что волна имеет линейную, или плоскую, поляризацию. В плоскости, перпендикулярной направлению распространения, концы векторов иза период описывают две взаимно перпендикулярные линии, длина которых определяется удвоенной амплитудой соответственно электрической и магнитной составляющих поля. Плоскость, в которой лежит вектор напряженности электрического поля волны и волновой вектор, называютплоскостьюполяризацииили плоскостью колебаний. Чтобы представить себе изменения электрического и магнитного полей с течением времени, можно считать, что вся система векторов на рис. 1.7 движется как целое вдоль осиzсо скоростьюc.