Волновая природа света. Уравнение электромагнитных волн. Скорость распространения электромагнитных волн. Длина волны, частота.
Волновая теория света — одна из теорий, объясняющих природу света. Основное положение теории основывается на том, что свет имеет волновую природу, то есть ведёт себя как электромагнитная волна (от длины которой зависит цвет видимого нами света). Теория подтверждается многими опытами (в частности опытом Т. Юнга), и данное поведение света (в виде электромагнитной волны) наблюдается в таких физических явлениях, как дисперсия, дифракция и интерференция света. Однако многие другие физические явления, связанные со светом, одной волновой теорией объяснить нельзя.
Электромагнитные волны — распространяющееся в пространстве возмущение электромагнитного поля.
Уравнениям (162.5) и (162.6) удовлетворяют, в частности, плоские монохроматические электромагнитные волны (электромагнитные волны одной строго определенной частоты), описываемые уравнениями
(162.7)
(162.8)
где E0 и Н0 — соответственно амплитуды напряженностей электрического и магнитного полей волны, — круговая частота волны, k=/v — волновое число, — начальные фазы колебаний в точках с координатой х=0. В уравнениях (162.7) и (162.8) одинаково, так как колебания электрического и магнитного векторов в электромагнитной волне происходят в одинаковых фазах.
Фазовая скорость электромагнитных воли определяется выражением
(162.3)
где
с =
,
и
— соответственно электрическая и
магнитная постоянные,
и
— соответственно электрическая и
магнитная проницаемости среды.
Длина́ волны́ — расстояние между двумя ближайшими друг к другу точками, колеблющимися в одинаковых фазах, обычно длина волны обозначается греческой буквой λ.
Частота́
— физическая
величина,
характеристика периодического
процесса,
равная числу полных циклов, совершённых
за единицу времени. Стандартные
обозначения в формулах —
,
,
или
.
Единицей частоты в Международной
системе единиц (СИ)
в общем случае является герц
(Гц,
Hz).
Величина, обратная частоте, называется
периодом.
Свет и цвет. Видимый свет.
Свет — это видимое излучение, т. е. электромагнитные волны в интервале частот, воспринимаемых человеческим глазом (7,5 • 1014—4,3 • 1014 Гц). Свет, в котором направления колебаний светового вектора каким- то образом упорядочены, называется поляризованным. Обычно все рассуждения ведутся относительно светового вектора – вектора напряженности Е электрического поля (это название обусловлено тем, что при действии света на вещество основное значение имеет электрическая составляющая поля волны, действующая на электроны в атомах вещества). Свет представляет собой суммарное электромагнитное излучение множества атомов. Атомы же излучают световые волны независимо друг от друга, поэтому световая волна, излучаемая телом в целом, характеризуется всевозможными равновероятными колебаниями светового вектора.
Цвет — одно из свойств материального мира, воспринимаемое как осознанное зрительное ощущение. Тот или иной цвет «присваивается» человеком объектам в процессе их зрительного восприятия. В подавляющем большинстве случаев цветовое ощущение возникает в результате воздействия на глаз потоков электромагнитного излучения из диапозона длин волн, в котором это излучение воспринимается глазом (видимый диапазон — длины волн от 380 до 760 нм).
Видимый свет — электромагнитное излучение с длинами волн ≈ 380—760 нм (от фиолетового до красного).