Световая волна. Электромагнитная природа световой волны. Свойства волн, скорость распространения. Интенсивность волн.

Уравнение световой волны имеет , где - волновое число, - радиус-вектор, - начальная фаза.

Свет представляет собой видимый участок спектра электромагнитных волн, длины волн которых занимают интервал от 0.4мкм до 0.76мкм. Каждой спектральной составляющей оптического излучения может быть поставлен в соответствие определённый цвет. Окраска спектральных составляющих оптического излучения определяется их длиной волны. Цвет излучения изменяется по мере уменьшения его длины волны следующим образом: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый.

Красный свет, соответствующий наибольшей длине волны, определяет красную границу спектра. Фиолетовый свет - соответствует фиолетовой границе.

Естественный свет не окрашен и представляет суперпозицию электромагнитных волн из всего видимого спектра. Естественный свет появляется в результате испускания электромагнитных волн возбужденными атомами. Характер возбуждения может быть различным: тепловой, химический, электромагнитный и др. В результате возбуждения атомы излучают хаотическим образом электромагнитные волны примерно в течении 10^-8сек. Поскольку энергетический спектр возбуждения атомов достаточно широкий, то излучаются электромагнитные волны из всего видимого спектра, начальная фаза, направление и поляризация которых имеет случайный характер. По этой причине естественный свет не поляризован. Это означает, что "плотность" спектральных составляющих электромагнитные волны естественного света, имеющих взаимно перпендикулярные поляризации одинаково.

Как следует из уравнений Максвелла, электромагнитная волна переносит при своём распространении энергию электромагнитного поля: w = ε0εE2 = μ0μH² (на единицу объёма). Выделим элементарный объём dV = dSdx. Тогда количество переносимой энергии за единицу времени через единицу площади (плотность потока энергии), равна: . Таким образом, интенсивность волны пропорциональна квадрату амплитуд E² и H². Перенос энергии происходит вдоль вектора скорости v.

Вектор I = wv называется вектором Умова-Пойнтинга.

Интерференция света – это наложение световых волн, в результате которого происходит перераспределение светового потока в пространства, проявляющееся в устойчивой картине максимумов или
минимумов в точках наложения.

Дифракцией называется совокупность явлений, наблюдаемых при распространении света в среде с резкими неоднородностями и связанных с отклонением от законов геометрической оптики. l» 10 c Огибание препятствий звуковыми волнами (м), т. е.
дифракция звуковых волн, постоянно наблюдается в обыденной жизни. Для наблюдения дифракции света надо создать условия, при которых размеры препятствий сопоставимы с длиной световой волны l» 5 × 10 -5 (см).

Отражение и преломление плоской волны от границы раздела двух диэлектриков. Полное внутреннее отражение. Коэффициенты отражения и пропускания. Фаза при отражении от более(менее) плотной среды.

Если естественный свет падает на границу раздела двух диэлектриков (например, воздуха и стекла), то часть его отражается, а часть преломляется и распространяется во второй среде. Устанавливая на пути отраженного и преломленного лучей анализатор (например, турмалин), можно убедиться в том, что отраженный и преломленный лучи частично поляризованы: при вращении анализатора вокруг лучей интенсивность света периодически усиливается и ослабевает (полного гашения не наблюдается!).

Дальнейшие исследования показали, что в отраженном луче преобладают колебания, перпендикулярные плоскости падения (на рис. 278 они обозначены точками),

в преломленном — колебания, параллельные плоскости падения (изображены стрелками).
Степень поляризации [степень выделения световых волн с определенной ориентацией электрического (и магнитного) вектора] зависит от угла падения лучей и показателя преломления. Шотландский физик Д. Брюстер (1781 —1868) установил закон, согласно которому при угле падения (угол Брюстера), определяемого соотношением

( — показатель преломления второй среды относительно первой), отраженный луч является плоскополяризованным (содержит только колебания, перпендикулярные плоскости падения)(рис. 279). Преломленный же луч приугле падения поляризуется максимально, но не полностью.
Если свет падает на границу раздела под углом Брюстера, то отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны
- угол преломления), откуда .
Степень поляризации отраженного и преломленного света при различных углах падения можно рассчитать из уравнений Максвелла, если учесть граничные условия для электромагнитпого поля на границе раздела двух изотропных диэлектриков (так называемые формулы Френеля).