Энергия электромагнитных волн

Как показывает опыт, электромагнитные волны могут производить различные действия: нагревание тел при поглощении света, вырывание электронов с поверхности металла под действием света (фотоэффект). Это свидетельствует о том, что электромагнитные волны переносят энергию. Эта энергия заключена в распространяющихся в пространстве электрическом и магнитном полях.

В курсе электричества и магнетизма было показано, что объемная плотность энергии электрического поля равна

,

(1.1)

а магнитного поля –

,

(1.2)

где и – электрическая и магнитная постоянные. Таким образом, полная плотность энергии электромагнитной волны равна

.

(1.3)

Так как модули вектора напряженности электрического и индукции магнитного поля в электромагнитной волне связаны соотношением , то полную энергию можно выразить только через напряженность электрического поля или индукцию магнитного поля:

.

(1.4)

12, 1/ Принцип Ферма Основным принципом геометрической оптики является принцип наименьшего време- ни, которой был высказан французским физиком и математиком Пьером Ферма в 1662году. Также этот принцип называют принципом кратчайшего оптического пути: луч, распро-страняющийся между двумя точками, выбирает пути, требующий минимального време- ни. Основные законы геометрической оптики Перечислим основные законы оптики, следующие из опытных данных: 1) Прямолинейное распространение. 2) Закон независимости световых лучей, то есть два луча, пересекаясь, никак не мешают друг другу. Этот закон лучше согласуется с волновой теорией, так как частицы в принципе могли бы сталкиваться друг с другом. 3) Закон отражения. луч падающий, луч отраженный и перпендикуляр к поверхности раздела, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости, назы- ваемой плоскостью падения; угол падения равен углу отражения ' 11 = ii 4) Закон преломления света. Закон преломления: луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр к поверхности раздела, восстановленный из точки падения луча, лежат в одной плоскости – плоскости паде- ния. Отношение синуса угла падения к синусу угла отражения равно отношению скоростей света в обеих средах. 21 1 2 2 1 sin sin n n n i i ==, где – относительный показатель преломления второй среды относительно первой среды. n21 Если вещество 1 – пустота, вакуум, то n12 → n2 – абсолютный показатель преломления ве- щества 2. Можно легко показать, что n12 = n2 /n1, в этом равенстве слева относительный по- казатель преломления двух веществ (например, 1 – воздух, 2 – стекло), а справа – отношение их абсолютных показателей преломления. 5) Закон обратимости света (его можно вывести из закона 4). Если направить свет в обратном направлении, он пройдёт по тому же пути. Из закона 4) следует, что если n2 > n1, то Sin i1 > Sin i2. Пусть теперь у нас n2 < n1, то есть свет из стекла, например, выходит в воздух, и мы постепенно увеличиваем угол i1. Тогда можно понять, что при достижении некоторого значения этого угла (i1)пр окажется, что угол i2 окажется равным π /2 (луч 5). Тогда Sin i2 = 1 и n1 Sin (i1)пр = n2. Итак Sin (i1)пр = n2 / n1. (i1)пр – предельный угол, свет во вторую среду вообще не выходит. Это явление на- зывается явлением полного внутреннего отражения. Явлением полного внутреннего отражения объясняется такое наблюдаемое явление, как миражи. Миражи возникают в условиях сильного нагрева солнечным излучением, например, песчаной почвы в пустыне. При этом возле поверхности создаётся слой нагретого воздуха, плотность которого ниже плотности вышележащих слоёв. Коэффициенты преломления света в этих слоях различны, что и приводит к наблюдаемому явлению. Заметим, что такими же при- чинами объясняется часто наблюдаемое в жаркую погоду явление, когда нагретая поверхность асфальтовой дороги кажется издали словно политой водой и отражает отдалённые предметы.

Показа́тель преломле́ния (абсолютный показатель преломления) вещества — величина, равная отношению фазовых скоростей света(электромагнитных волн) в вакууме и в данной среде . Также о показателе преломления говорят для любых других волн, например, звуковых^[1].

Полное внутреннее отражение — внутреннее отражение, при условии, что угол падения превосходит некоторый критический угол. При этом падающая волна отражается полностью, и значение коэффициента отражения превосходит его самые большие значения для полированных поверхностей. Коэффициент отражения при полном внутреннем отражении не зависит от длины волны.

13. Ли́нза — деталь изпрозрачного^[1] однородного материала, ограниченная двумя полированными преломляющими поверхностями вращения, например, сферическими или плоской и сферической. В настоящее время всё чаще применяются и «асферические линзы», форма поверхности которых отличается от сферы. В качестве материала линз обычно используются оптические материалы, такие как стёкла, оптические стёкла, кристаллы, оптически прозрачные пластмассы и другие материалы^[2].

Формула тонкой линзы[править | править вики-текст]

Расстояния от точки предмета до центра линзы и от точки изображения до центра линзы называются сопряжёнными фокусными расстояниями.

Эти величины находятся в зависимости между собой и определяются формулой, называемой формулой тонкой линзы (впервые полученной Исааком Барроу):

где — расстояние от линзы до предмета; — расстояние от линзы до изображения; — главное фокусное расстояние линзы.

Значение фокусного расстояния для линзы может быть рассчитано по следующей формуле:

, где

— показатель преломления материала линзы, — показатель преломления среды, окружающей линзу,

— расстояние между сферическими поверхностями линзы вдоль оптической оси, также известное как толщина линзы,

— радиус кривизны поверхности, которая ближе к источнику света (дальше от фокальной плоскости),

— радиус кривизны поверхности, которая дальше от источника света (ближе к фокальной плоскости),

Для в этой формуле, знак радиуса положителен, если поверхность выпуклая, и отрицателен, если вогнутая. Для наоборот — положителен, если вогнутая, и отрицателен, если выпуклая [1]. Если пренебрежительно мало, относительно её фокусного расстояния, то такая линза называется тонкой, и её фокусное расстояние можно найти как:

Построение изображения тонкой собирающей линзой[править | править вики-текст]

При изложении характеристики линз был рассмотрен принцип построения изображения светящейся точки в фокусе линзы. Лучи, падающие на линзу слева, проходят через её задний фокус, а падающие справа — через передний фокус. Следует учесть, что у рассеивающих линз, наоборот, задний фокус расположен спереди линзы, а передний позади.

Построение линзой изображения предметов, имеющих определённую форму и размеры, получается следующим образом: допустим, линия AB представляет собой объект, находящийся на некотором расстоянии от линзы, значительно превышающем её фокусное расстояние. От каждой точки предмета через линзу пройдёт бесчисленное количество лучей, из которых, для наглядности, на рисунке схематически изображён ход только трёх лучей.

Три луча, исходящие из точки A, пройдут через линзу и пересекутся в соответствующих точках схода на A₁B₁, образуя изображение. Полученное изображение является действительным и перевёрнутым.

В данном случае изображение получено в сопряжённом фокусе в некоторой фокальной плоскости FF, несколько удалённой от главной фокальной плоскости F’F’, проходящей параллельно ей через главный фокус.

Далее приведены различные случаи построения изображений предмета, помещённого на различных расстояниях от линзы.

Если предмет находится на бесконечно далёком от линзы расстоянии, то его изображение получается в заднем фокусе линзы F’ действительным, перевёрнутым и уменьшенным до подобия точки.

Если предмет приближён к линзе и находится на расстоянии, превышающем двойное фокусное расстояние линзы, то изображение его будет действительным, перевёрнутым и уменьшенным и расположится за главным фокусом на отрезке между ним и двойным фокусным расстоянием.

Если предмет помещён на двойном фокусном расстоянии от линзы, то полученное изображение находится по другую сторону линзы на двойном фокусном расстоянии от неё. Изображение получается действительным, перевёрнутым и равным по величине предмету.

Если предмет помещён между передним фокусом и двойным фокусным расстоянием, то изображение будет получено за двойным фокусным расстоянием и будет действительным, перевёрнутым и увеличенным.

Если предмет находится в плоскости переднего главного фокуса линзы, то лучи, пройдя через линзу, пойдут параллельно, и изображение может получиться лишь в бесконечности.

14. Интерфере́нция све́та — перераспределение интенсивности света в результате наложения (суперпозиции) нескольких когерентных световых волн. Это явление сопровождается чередующимися в пространстве максимумами и минимумами интенсивности. Её распределение называется интерференционной картиной.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: