Свет – электромагнитная волна.
Изменение во времени 
порождает вихревое электрическое поле 
, изменяющееся в окружающем пространстве. А изменение во времени 
порождает переменное вихревое поле 
. Из этого следует возможность существования переменных электромагнитных полей вдали от зарядов и токов проводимости не только в среде, но и в вакууме ( 
). Электрические и магнитные переменные поля взаимно порождают друг друга, удаляясь от источника и теряют связь с ним. Возникает электромагнитная волна, которая существует в пространстве даже после выключения источника. Источниками электромагнитных волн являются электрические заряды, движущиеся с ускорением, переменные токи и изменяющиеся во времени электрические и магнитные поля.
Поперечные и продольные волны. зад 22
Если в каком-либо месте упругой (твердой, жидкой или газообразной) среды возбудить колебания ее частиц, то вследствие взаимодействия между частицами это колебание будет распространяться в среде от частицы к частице с некоторой скоростью v. Процесс распространения колебаний в пространстве называется волной.
Частицы среды, в которой распространяется волна, не вовлекаются волной в поступательное движение, они лишь совершают колебания около своих положений равновесия. В зависимости от направления колебаний частиц по отношению к направлению, в котором распространяется волна, различают продольные и поперечные волны. В продольной волне частицы среды колеблются вдоль направления распространения волны. В поперечной волне частицы среды колеблются в направлениях, перпендикулярных к направлению распространения волны. Упругие поперечные волны могут возникнуть лишь в среде, обладающей сопротивлением сдвигу. Поэтому в жидкой и газообразной средах возможно возникновение только продольных волн. В твердой среде возможно возникновение как продольных, так и поперечных волн.
Классическая электродинамика рассматривает свет как электромагнитные волны.
Волновое уравнение
Сферические волны
Сферическая волна- волна, поверхность постоянного значения фазы которой представляет собой сферу. Сферическая волна может быть получена от точечного источника, находящегося в однородной изотропной среде, свойства которой не зависят от координат (х,у,z) и от направления распространения.
Учитывая, что интенсивность волы 
пропорциональна квадрату амплитуды ( 
), амплитуда сферической волны
где 
- некоторая константа, зависящая от мощности источника. Таким образом, сферическую монохроматическую волну математически можно представить в виде
Плоские волны зад 29
В случае плоской волны колебания напряженности 
электрического поля записываются в виде:
.
Волна распространяется в направлении волнового вектора 
и проходит через точку наблюдения, заданную радиус вектором 
.
Из уравнений Максвелла для плоской волны в однородной непроводящей среде следуют равенства
,
где 
- индукции электрического и магнитного полей.
Первые два равенства показывают, что волна поперечна для полей 
и 
.
Вторые два равенства показывают, что векторы электрического и магнитного полей взаимно перпендикулярны 
, причем 
образуют правовинтовую тройку векторов. Кроме того, следует, что E(t) и H(t) в любой момент времени связаны соотношением
или 
.
Напряженность Е и Н одновременно достигают амплитудных значений Em и Hm и одновременно обращаются в ноль (синфазность колебаний, см. рис.).
Фазовая скоростьволны 
, где 
- показатель преломления оптической среды, e, m - диэлектрическая и магнитная проницаемости, 
- скорость света в вакууме. Для немагнитных сред m = 1 и 
.
В задачах см. № 23-25 – относительный показатель преломления 
Если зафиксировать момент времени, то получаем синусоидальное распределение поля Е в пространстве (вдоль оси х) в данный момент времени (см рис. а). Если зафиксируем значение координаты х, то получим синусоидальное распределение поля Е в зависимости от времени (см рис. б)- гармонические колебания с частотой 
.
Частота 
, где Т – период колебаний (для света 
).
Волновое число 
(модуль вектора ), где 
- длина волны в вакууме (расстояние, проходимое волной за время одного периода). Длина волны в среде 
.
При переходе из одной среды в другую частота волны остается неизменной, поэтому 
Колебания 
и 
в световой волне происходят по закону
,
где j - фаза колебаний, j0 – начальная фаза.
Отметим, что в сферической волне (от точечного источника) фаза 
.
Плотность потока энергии 
(вектор Пойнтинга) в волне:
,
где 
- единичный вектор в направлении распространения.
Чаще обозначения 
ИнтенсивностьI световой волны - среднее по времени значение модуля вектора Пойнтинга:
,Вт/м2, где 
- среднее значение плотности энергии электромагнитных колебаний. Интенсивность пропорциональна квадрату амплитуды колебаний 
.
Поток энергии dФ через площадку dS определяется как dФ = IdS^, Вт, где 
, a - угол между вектором и нормалью к площадке dS.
Дата добавления: 2021-03-18; просмотров: 67; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!