Билет № 20

1. Электромагнитные волны. Излучение электромагнитных волн.

Существование электромагнитных волн предсказал Д. К. Максвелл в созданной им теории электромагнитного поля. Два основных положения этой теории:

Всякое переменное электрическое поле порождает вихревое магнитное поле;

Всякое переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое поле.

Индукция магнитного поля В ( скорости изменения напряженности электрического поля). Напряженность электрического поля Е, возникающего в результате изменения магнитного поля, пропорциональна скорости изменения индукции магнитного поля: Е .

Если в какой-либо точке пространства возбудить вихревое переменное электрическое поле, то в окружающем пространстве возникает последовательность взаимных превращений электрических и магнитных полей т. е. возникает электромагнитное поле, распространяющееся во времени и в пространстве. Этот процесс является периодическим и представляет собой электромагнитную волну.

Согласно теории Максвелла, скорость электромагнитных волн является величиной постоянной, Она зависит от электрических и магнитных свойств среды: ,

Где проницаемость среды, - диэлектрическая проницаемость среды Гн/м – магнитная постоянная, ₀= 8,85·10^-12 Ф/м – электрическая постоянная. Для вакуума =1, =1, С= = 3·10⁸ м/с, т. е. скорость электромагнитных волн в вакууме равна скорости света в вакууме.

Колебания вектора напряженности электрического поля Е и вектора индукции магнитного поля В в любой точке пространства совпадают по фазе. Направления векторов Е и В перпендикулярны друг другу и направлению распространения волны, т. е. электромагнитная волна является поперечной волной.

Первым получил на опыте электромагнитные волны Г. Герц, он исследовал свойства электромагнитных волн и подтвердил теорию Д. Максвелла. Установка Г.Герца была несовершенной, практического применения такой излучатель волн иметь не мог.

Согласно теории Максвелла, источником электромагнитных волн могут быть любые переменные токи или переменные электрические и магнитные поля. Высокочастотные Электромагнитные колебания возникают в колебательном контуре,

Такая электрическая цепь замкнута и электромагнитное поле локализовано самим контуром . Сообщаемая контуру энергия лишь в незначительной мере излучается , такой контур называется закрытым.Возьмем колебательный контур К₁, в котором с помощью генератора высокой частоты возбуждаются незатухающие электрические колебания. Индуктивно свяжем с ним другой колебательный контур К₂. Тогда в контуре К₂ тоже возникнут незатухающие колебания. Будем раздвигать пластины конденсатора контура К₂, вытягивая его в прямой провод. Такая система называется открытым колебательным контуром. В действительности же контур состоит из катушки и длинного провода – антенны. Один конец провода обычно соединен с землей, второй поднят над поверхностью Земли. Электромагнитные волны радиодиапазона получают с помощью такого контура.

2. Интерференция света. Условие max и min интерференции.

Явления увеличения или уменьшения амплитуды результирующей волны при сложении двух или нескольких волн с одинаковыми периодами колебаний, называется интерференцией. При интерференции амплитуда результирующих колебаний в разных точках пространства имеет различные значения и расположение в пространстве максимумов и минимумов не меняется. Интерферировать могут только когерентные волны, т.е. волны одинаковой частоты и постоянной во времени разности фаз. В природе нет когерентных источников света. Когерентные световые волны получают разделением одного и того же пучка света на части или с помощью лазеров.

Явление интерференции света, которое сопровождалось явлением дифракции света, изучали на опытах в начале 19 века Т. Юнг и О. Френель. Но самую первую картину интерференции получил ёще И.Ньютон, эту картину называют кольцами Ньютона. На поверхность зеркала положена плосковыпуклая линза большого радиуса кривизны. При освещении белым светом (солнечным) наблюдаются радужные и темные кольца, которые чередуются друг с другом. Интерференцией света объясняется окраска мыльных пузырей, тонких масляных пленок на поверхности воды, крыльев насекомых.

Световые волны отражаются частично от верхней поверхности пленки, частично проходят сквозь пленку и отражаются от нижней границы пленки. Световые волны, отраженные двумя поверхностями тонкой пленки, распространяются в одном направлении, но проходят разные пути, тем самым создается разность фаз.

Условие максимума интерференции: Колебания усиливают друг друга в тех точках пространства, для которых оптическая разность хода волн Δd равна целому числу длин волн ( четному числу длин полуволн), Δd=kλ=2k· λ/2 .

Условие минимумов интерференции: Колебания ослабляют друг друга в тех точках пространства, для которых оптическая разность хода волн равна нечетному числу длин полуволн, Δd = .

Когда выполняется условие максимума для одной длины волн, то оно не выполняется для других длин волн. Поэтому освещаемая белым светом тонкая бесцветная прозрачная пленка кажется окрашенной. При изменении толщины пленки или угла падения световых волн, разность хода изменяется и условие максимума выполняется для света с другой длины волны. Явление интерференции в тонких пленках применяется для контроля качества обработки поверхностей, просветления оптики.