Энергия электромагнитных волн

Пусть электромагнитная волна распространяется в вакууме .

Плотность энергии её . Так как - колеблющиеся в одной фазе, то для мгновенных значений из (5) следует

Можно записать

( )

Тогда для потока плотности потока энергии .

Так как , а направлен по переносу энергии, то

- вектор Пойтинга (6)

Равенство справедливо для любых сред (диэлектриков и проводников).

Давление света

Поглощаясь в каком-либо теле, электромагнитная волна сообщает ему импульс, то есть оказывает давление. Электрическое поле электромагнитной волны возбуждает ток , а магнитное поле действует на частицы, участвующие в токе с силой Лоренца. Единице объема за единицу времени передается импульс

,

называемый плотностью импульса.

Учитывая, что и что

(7)

Импульс, передаваемый единице площади за единицу времени есть давление

Если волна отражается .

Лебедев измерил в 1900 году давление на твердые тела, в 1910 – на газы. Согласился с теорией Максвелла.

Опты показывает, что физиологическое, фотохимическое, фотоэлектрическое действие оказывает электрическое поле, поэтому под световым вектором понимается . Колебания вектора E описываются уравнением:

где Е - проекция на направление колебаний

А – амплитуда (для непоглощающей среды А = const, - для сферы)

 - циклическая частота колебаний;

k – волновое число ;

r – расстояние, отсчитываемое вдоль направления распределения световых волн.

Длина волн видимого света в вакууме

Для вакуума .

Скорость распространения в среде и длина волны определяются оптическими свойствами среды, характеризующими абсолютным показателем преломления . Из (3)’ следует . Для большинства прозрачных сред =1, ( - значение, измеряемое в быстроперем. полях. .

В среде фазовая скорость , тогда длина волны в среде

Так как в световой волне происходят колебания энергии с очень большой частотой, то под интенсивностью света понимают модуль среднего по времени значения плотности потока энергии в данной точке пространства, то есть

Так как

то . Коэффициент пропорциональности .

;

Линия, вдоль которой распространяется световая энергия, называется лучом.

Вектор направлен по касательной к лучу в любой точке пространства и в изотропных средах перпендикулярно волновой поверхности и . В свете, излучаемом обычными источниками света, присутствуют колебания всевозможных направлений, перпендикулярных лучу, такой свет называют естественным. Это происходит потому, что свет излучается отдельными атомами. Один атом излучает за 10^-8 с последовательность горбов и впадин длиной ~ 3 м, называемую цуг волн. Много атомов излучают цуги, в которых плоскости колебаний распределены хаотично. Они, налагаясь друг на друга, образуют световую волну, в которой колебания быстро и беспорядочно сменяют друг друга. Свет, у которого направления колебаний каким-то образом упорядочены, называется поляризованным. (В одной плоскости – плоско -поляризованным, если поворачивается и меняется модулю так, что конец описывает эллипс, эллиптически-поляризованный – по кругу).

Таким образом, к основным характеристикам света относят понятия: частота, длина волны света, монохромный и естественный света, интенсивность, луч, световой вектор, волновое число и волновой вектор, дисперсионное отношение.