физика. Отсчета
 Скачать 2.35 Mb.
|
Давление электромагнитных волн объясняется тем, что под действием электрического поля волны заряженные частицы вещества начинают упорядоченно двигаться и подвергаются со стороны магнитного поля волны действию сил Лоренца. В экспериментах П. Н. Лебедев доказал существование светового давления на твердые тела, а позже и на газы. Опыты П.Н. Лебедева имели огромное значение для утверждения выводов теории Максвелла о том, что свет представляет собой электромагнитные волны. Существование давления электромагнитных волн приводит к выводу о том, что им присущ механический импульс. Электромагнитная волна, несущая энергию W, обладает импульсом .79. Энергия электромагнитной волны. Энергия электромагнитного поля — энергия, заключенная в электромагнитном поле. Сюда же относятся частные случаи чистого электрического и чистого магнитного поля. Объёмная плотность энергии электромагнитного поля в линейной изотропной среде, как известно из электродинамики, даётся выражением (мы учли здесь также связь между векторами Е и Н в электромагнитной волне):  Вектор плотности потока энергии электромагнитной волны (то, что в теории упругих волн называется вектором Умова) называется вектором Умова-Пойнтинга, или чаще просто вектором Пойнтинга Р: Модуль среднего значения вектора Пойнтинга называется интенсивностью электромагнитной волны: В случае синусоидальной монохроматической плоской (когда плоскости колебаний векторов Е и Н не меняются со временем) электромагнитной волны, распространяющейся в направлении х: д   ля интенсивности получается: Интенсивность электромагнитной волны зависит от амплитуды (либо электрического, либо магнитного поля; они связаны), но не зависит от частоты волны - в отличие от интенсивности упругих механических волн. 80. Интерференция света. Когерентные и монохроматические э/м волны. В XYII веке было две теории света: - корпускулярная (Ньютон), - волновая (Гук, Гюйгенс). Когерентные волны – разность их фаз остается постоянной во времени, т.е. они имеют одинаковую частоту. Интерференция волн – явление наложения в пространстве двух (или нескольких) когерентных волн, в результате которого в различных точках получается усиление или ослабление результирующей волны. Необходимое условие интерференции волн – их когерентность. Условию когерентности удовлетворяют монохроматические волны – волны одной определенной и строго постоянной частоты. В  естественном свете колебания различных направлений с различными начальными фазами быстро и беспорядочно сменяют друг друга. Следовательно, ни один реальный источник не дает строго монохроматического света. По этой причине волны, излучаемые двумя независимыми источниками света, некогерентные и не дают интерференционной картины. (Не наблюдается интерференция света от независимых источников, например, 2-х лампочек.) Немонохроматический свет представляется в виде совокупности, сменяющих друг друга независимых гармонических цугов продолжительностью τ, в течение которого только и существует когерентность. 2 монохроматические световые волны накладываются друг на друга и возбуждают в точке колебания одного направления: Амплитуда результирующего колебания:  Волны монохроматические и (φ2 – φ1 ) = const для каждой точки пространства. 81. Интерференция в тонких пленках. Кольца Ньютона. Интерференция в тонких плёнках — явление, которое возникает в результате разделения луча света при отражении от верхней и нижней границ тонкой плёнки. В результате возникают две световые волны, которые могут интерферировать.  Пусть из воздуха свет падает под углом  на поверхность пластины с показателем преломления и толщиной  . Оптическая разность хода 1-го и 2-го лучей равна:  , где  и  . Т.к.  , тоТакже при отражении от оптически более плотной среды фаза волны меняется на  . Отсюда следует, что  .Кольца Ньютона: Являются примером полос равной толщины. Роль тонкой пластинки играет воздушный зазор. Т.к. р  адиус линзы  , то вблизи точки касания можно пренебречь кривизной линзы. Тогда  . Из треугольника (учитывая, что  ) следует:  . Отсюда получаем толщину воздушного зазора на радиусе  :  . Тогда  . Отсюда, используя условие максимума  , получаем радиусы светлых колец:  . Для темных колец -  82. Применение интерференции света. · По интерференционной картине можно выявлятьи измерять неоднородности среды (в т.ч. фазовые), в которой распространяются волны, или отклонения формы поверхности от заданной. · Явление интерференции волн, рассеянных от некоторого объекта (или прошедших через него) с «опорной» волной, лежит в основе голографии (в т.ч. оптической, акустической или СВЧ-голографии). · Интерференционные волны от отдельных «элементарных» излучателей используются при создании сложных излучающих систем (антенн) для электромагнитных и акустических волн. · Просветление оптики и получение высокопрозрачных покрытий и селективных оптических фильтров. Одной из важных задач, возникающих при построении различных оптических и антенных устройств СВЧ-диапазона, является уменьшение потерь интенсивности света, мощности потока электромагнитной энергии при отражении от поверхностей линз, обтекателей антенн и пр. приборов, используемых для преобразований световых и радиоволн в разнообразных приборах фотоники, оптоэлектроники и радиоэлектроники. Для уменьшения потерь на отражение используется покрытие оптических деталей (линз) 3 пленкой 2 со специальным образом подобранными толщиной δ и показателем преломления n .  Идея уменьшения интенсивности отраженного света от поверхности оптических деталей состоит в интерференционном гашении волны, отраженной от внешней поверхности детали 1, волной отражённой от внутренней 2. Для осуществления этого амплитуды обеих волн должны быть равны, а фазы отличаться на 180°. В этом случае обеспечивается гашение отражённой волны. Необходимоесоотношение между фазами отражённых волн обеспечивается выбором толщины плёнки δ, кратной нечётному числу четвертей длины волны проходящего через рассматриваемую деталь света. Таким образом, в результате интерференции наблюдается гашение отраженных лучей. · Получение высокоотражающих диэлектрических зеркал Значительно повысить коэффициент отражения R зеркал можно, используя последовательность чередующихся диэлектрических слоев с высоким и низким показателями преломления. Если оптическая толщина всех слоев одинакова и равна ,то отраженные их границами волны находятся в одинаковой фазе и в результате интерференции усиливают друг друга. Такие многослойные диэлектрические покрытия дают высокую отражательную способность только в ограниченной области длин волн вблизи значения , для которого оптическая толщина слоёв равна. Такие зеркала используются в лазерных резонаторах. 83. Дифракция э/м волн. Принцип Гюйгенса-Френеля. Каждый участок волнового фронта электромагнитной волны - это быстропеременные колебания электрических и магнитных полей, которые, согласно уравнениям Максвелла, снова порождают электромагнитную волну. Иначе говоря, любой участок волнового фронта является источником вторичных электромагнитных волн, имеющих ту же частоту и распространяющихся во все стороны с такой же фазовой скоростью. Это утверждение называется принципом Гюйгенса -Френеля. Вторичные волны, испускаемые каждым участком волнового фронта складываются друг с другом, с первоначальной волной и интерферируют. В результате в направлении, противоположном направлению распространения волны, они взаимно гасятся. В направлении распространения волны вторичные волны тоже складываются, интерферируют и за время  проходят расстояние  . Их огибающая представляет собой новое положение волнового фронта. Дифракция электромагнитных волн - это явления, возникающие при сложении и интерференции бесконечного числа вторичных электромагнитных волн, испущенных каждой точкой волнового фронта. При этом появляются отклонения от законов геометрической оптики. В частности, в результате дифракции происходит огибание волнами препятствий, а также образование картины чередующихся максимумов и минимумов освещенности, аналогичной интерференционной картине.+Явления интерференции и дифракции имеют одну и ту же физическую природу. Интерференцией принято называть сложение конечного числа когерентных волн, а дифракцией - бесконечного числа волн от всех точек волнового фронта. 84. Метод зон Френеля. Для того чтобы оценить амплитуду результирующей в процессе дифракции волны в точке наблюдения, Френель придумал специальный метод, который в дальнейшем назвал Методом зон Френеля. Метод позволяет разбить на отдельные участки зоны Френеля (тёмные и светлые полосы на рисунке)  При этом данное разбите удовлеттворяет условиям: 1) площади всех зон равны друг другу. 2) расстояния от двух соседних зон до точки наблюдения отличаются на половину длины волны. Условие 1) отражает условие равенства в точке наблюдения амплитуд колебаний от всех зон. Условие 2) означает, что колебания двух соседних волн суммируется в противофазе. Метод зон Френеля освобождает нас от вычисления сложных интегралов для определения результирующей волны. Достаточно лишь посчитать количество зон, которое попадает на отверстие: *если число зон чётно, то в точке наблюдения будет минимальная освещённость (тёмное пятно) из-за того, что зоны гасят друг друга. *  а наоборот, нечётно, то точка наблюдения будет освещена (светлое пятно).Р  адиусы всех зон Френеля могут быть вычислены по формуле: Где rm - радиус зоны номер m, a- длина волны, расстояния а и b показаны на рисунке, на котором S - источник, Р - точка наблюдения. 85. Дифракция Френеля на круглом отверстии При дифракции Френеля на круглом отверстии картина дифракции на экране наблюдения, который параллелен экрану с отверстием в виде круга, будет представлена в виде концентрических колец с минимумом (темных) и максимумом (светлых) интенсивности. Центры этих колец расположены на прямой, которая проходит через источник света (S) и перпендикулярна экрану наблюдения (AB) Дифракция Френеля на маленьком круглом экране Допустим, что сферическая волна исходит от точечного источника S, преградой ей является диск. При этом картину дифракции наблюдаем на экране в точке О. При такой ситуации участок фронта волны, который закрыт диском следует исключить и при рассмотрении зон Френеля строить их начиная с краев диска   86. Примеры дифракции Фраунгофера. Дифракция Фраунгофера — случай дифракции, при котором дифракционная картина наблюдается на значительном расстоянии от отверстия или преграды. Расстояние должно быть таким, чтобы можно было пренебречь в выражении для разности фаз членами порядка, что сильно упрощает теоретическое рассмотрение явления. Дифракция на круглом отверстии Сферическая волна, распространяющаяся из точечного источника S, встречает на своем пути экран с круглым отверстием. Вид дифракционной картины зависит от числа зон Френеля, укладывающихся в отверстии. Для точки М, согласно методу зон Френеля, амплитуда результирующего колебания где знак плюс соответствует нечетным т и минус – четным т. Дифракция Фраунгофера на одной щели Дифракция Фраунгофера наблюдается в том случае, когда источник света и точка наблюдения бесконечно удалены от препятствия, вызвавшего дифракцию. 87. Дифракция рентгеновского излучения. Формула Вульфа-Брэггов. Дифракция рентгеновских лучей, рассеяние рентгеновских лучей кристаллами (или молекулами жидкостей и газов), при котором из начального пучка лучей возникают вторичные отклонённые пучки той же длины волны, появившиеся в результате взаимодействия первичных рентгеновских лучей с электронами вещества; направление и интенсивность вторичных пучков зависят от строения рассеивающего объекта. 88. бугера. Поглощением (абсорбцией) света называется явление уменьшения энергии световой волны при ее распространении в веществе вследствие преобразования энергии волны в другие виды энергии. В результате поглощения интенсивность света при прохождении через вещество уменьшается. Поглощение света в веществе описывается законом Бугера1 :  где /0 и 7— интенсивности плоской монохроматической световой волны соответственно на входе и выходе слоя поглощающего вещества толщиной х.89. Естественный и поляризованный свет. Свет, в котором направления колебаний светового вектора каким-то образом упорядочены, называется поляризованным светом. Свет со всевозможными равновероятными направлениями колебаний вектора Е называется естественным светом. 90. Закон Малюса.  где i0 и i — соответственно интенсивности света, падающего на второй кристалл и вышедшего из него. Если на пути луча поставить вторую пластинку турмалина Т2 и вращать ее вокруг направления луча, то интенсивность света, прошедшего через пластинки, меняется в зависимости от угла а между оптическими осями кристаллов.91. Дифракция при отражении и преломлении света. Дифракция света — это совокупность явлений, наблюдаемых при распространении света сквозь малые отверстия, вблизи границ непрозрачных тел и т.д., обусловленных волновой природой света. Под дифракцией света обычно понимают отклонение от законов распространения света, описываемых геометрической оптикой. 92.Вращение плоскости поляризации в веществах и растворах. Некоторые вещества (например, из твердых тел — кварц, сахар, киноварь, из жидкостей — водный раствор сахара, винная кислота, скипидар), называемые оптически активными, обладают способностью вращать плоскость поляризации. лежат в основе точного метода определения концентрации растворов оптически активных веществ, называемого поляриметрией (сахариметрией). 93. Тепловое излучение, его характеристики. Тепловое излучение характеризуется сплошным спектром, положение максимума которого зависит от температуры. При высоких температурах излучаются короткие (видимые и ультрафиолетовые) электромагнитные волны, при низких — преимущественно длинные (инфракрасные). Тепловое излучение — практически единственный вид излучения, которое является равновесным. Предположим, что нагретое (излучающее) тело помещено в полость, ограниченную идеально отражающей оболочкой. С течением времени, в результате непрерывного обмена энергией между телом и излучением, наступит равновесие, т. е. тело в единицу времени будет поглощать столько же энергии, сколько и излучать. Чёрные тела и т.д. 94. Законы Кирхгофа, Стефана-Больцмана и смещения Вина. Из закона Кирхгофа [см. (198.1)] следует, что спектральная плотность энергетической светимости черного тела является универсальной функцией, поэтому нахождение ее явной зависимости от частоты и температуры является важной задачей теории теплового излучения. Согласно закону Стефана — Больцмана, |