Электромагнитная природа света
Электромагнитные волны условно делятся на несколько видов по длине волны в вакууме (по частоте):
1. Радиоволны : 
.
2. Свет:
2.1. Инфракрасные волны : 
.
2.2. Видимый свет: 
.
2.3. Ультрафиолетовое излучение: 
.
3. Рентгеновское излучение: 
.
4. 
излучение : 
.
В среде, где фазовая скорость волны 
(п – показатель преломления среды), длина волны также уменьшается в п раз. Частота ν не зависит от среды.
Волновой оптикой называется круг явлений, в основе которых лежит волновая природа света.
Как показывает опыт, физиологическое, фотохимическое, фотоэлектрическое и другие свойства света вызываются колебаниями вектора 
(магнитный вектор световой волны нас не интересует).
Изменение во времени и пространстве проекции светового вектора на направление, вдоль которого он колеблется, описывается уравнением
.
Для плоской волны в непоглощающей среде 
, а в сферической волне 
убывает как 
.
Для электромагнитных волн мы уже отмечали, что 
. Тогда показатель преломления 
.
Для подавляющего большинства прозрачных веществ 
. Поэтому можно считать, что
.
Необходимо отметить, что 
сильно зависит от частоты. Например, для воды из электростатических измерений получаем 
, а 
. Подстановка в формулу значения , полученного для соответствующей частоты, приводит к правильному значению 
.
Зависимость от частоты объясняет дисперсию света, т.е. зависимость показателя преломления среды (или скорости света в данной среде) от частоты. Среда с большим называется оптически более плотной.
|
|
|
Частота изменения вектора плотности потока энергии, переносимой волной в два раза выше частоты самой световой волны, которая и так очень велика. Поэтому любой приёмник световой волны может регистрировать только усреднённый по времени поток.
Модуль среднего по времени значения плотности потока энергии, переносимой световой волной (модуль среднего вектора Пойнтинга) носит название интенсивности света I в данной точке пространства:
.
Измеряется интенсивность света либо в энергетических единицах (Вт/м2 ), либо в световых (лм/м2 – люмен на метр квадратный).
Так как 
, то легко получить 
, т.е. интенсивность света пропорциональна показателю преломления среды и квадрату амплитуды световой волны (коэффициент пропорциональности 
). В однородной среде 
.
Отражение и преломление плоской световой волны на
Границе двух диэлектриков
Пусть диэлектрик, в котором распространяется падающая волна, характеризуется диэлектрической проницаемостью 
, а второй диэлектрик – 
. Считаем, что 
. Опыт показывает, что в этом случае, кроме распространяющейся во втором диэлектрике плоской преломлённой волны, возникает плоская отражённая волна, распространяющаяся в 1-ом диэлектрике.
|
|
|
волновой вектор падающей волны;
волновой вектор отражённой волны;
волновой вектор преломлённой волны.
Плоскость, в которой лежат векторы 
и 
, называется плоскостью падения волны. Из соображений симметрии ясно, что векторы 
и 
могут лежать лишь в плоскости падения.
В первой среде на поле падающей волны ( 
) накладывается поле отражённой волны ( 
), а во второй среде имеется поле только преломлённой волны ( 
).
Анализ показывает, что при падении на гладкую плоскую поверхность раздела двух сред плоской монохроматической волны, выполняются (независимо от характера поляризации этой волны) следующие законы отражения и преломления электромагнитных волн:
1. Отражённая и преломлённая волны также являются монохроматическими волнами той же частоты, что и падающая. Вектор 
всегда сонаправлен с вектором 
. Оба вектора колеблются синфазно. При прохождении через границу раздела фаза не претерпевает скачок.
2. Закон отражения – отражённый луч лежит в плоскости падения, причём угол отражения равен углу падения
|
|
|
.
3. Закон преломления – преломлённый луч лежит в плоскости падения, а угол преломления связан с углом падения соотношением
(или 
).
При переходе света из оптически более плотной среды в оптически менее плотную луч удаляется от нормали к поверхности раздела сред. Увеличение угла падения 
сопровождается более быстрым ростом угла преломления 
и по достижении углом предельного значения
при 
.
Энергия, которую несёт с собой падающий луч, распределяется между отражённым и преломлённым лучами. По мере увеличения угла интенсивность отражённого луча растёт, а интенсивность преломлённого луча убывает, обращаясь в нуль при предельном угле. При 
световая волна проникает во вторую среду на расстояние 
и затем возвращается в 1-ую среду. Это явление называется полным внутренним отражением.
При отражении световой волны от границы раздела среды, оптически менее плотной, со средой, оптически более плотной ( 
), фаза колебаний светового вектора скачком претерпевает изменения на 
. При отражении от границы раздела среды, оптически более плотной, со средой, оптически менее плотной ( 
), такого изменения фазы колебаний не происходит.
Интенсивность падающей волны равна сумме интенсивностей отражённой и преломлённой волн (закон сохранения энергии)
|
|
|
.
Коэффициент отражения - 
.
Коэффициент пропускания - 
.
Легко убедиться, что 
.
Угол падения, при котором отражённый и преломлённый лучи взаимно перпендикулярны, называется углом Брюстера 
. 
.
Дата добавления: 2021-01-21; просмотров: 65; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!