Электромагнитная природа света. Уравнение плоской электромагнитной волны. Сложение световых волн. Условия взаимного усиления и ослабления волн. Понятие о когерентных волнах.

Под светом в настоящее время понимают электромагнитное излучение, воспринимаемое человеческим глазом.

Длина волн воспринимаемого электромагнитного излучения лежит в интервале от 0,38 до 0,76 мкм.

Электромагнитные волны поперечны.

На основании своих теоретических исследований Максвелл сделал вывод: свет имеет электромагнитную природу.

В дальнейшем было доказано, что скорость распространения свободного электромагнитного поля (не связанного с зарядами и токами) в вакууме равна скорости света с = 3 * 108 м/с. Этот вывод и теоретическое исследование

свойств электромагнитных волн привели Максвелла к созданию электромагнитной теории света, согласно которой свет представляет собой также электромагнитные волны.

Уравнение плоской электромагнитной волны

При прохождении монохроматической электромагнитной волны частотой ω векторы E и H в данной фиксированной точке пространства испытывают синфазные и только синфазные гармонические колебания с этой же частотой
Из условия синфазности следует, что в тех точках пространства, где E = 0 должно быть и H = 0, аналогично и по амплитудным значениям E₀ и H₀. Это значит, что векторная волна электрического поля E пространственно совпадает с векторной волной магнитного поля H, но только при этом векторы E и H колеблются во взаимно – перпендикулярных плоскостях, как это показано на рисунке ниже
Если источником задается одно единственное направление x для излучения электромагнитной волны, то фронт волны будет плоским, а волна одномерной, как для вектораE, так и для вектора H. В этом случае волну можно представить двумя уравнениями, соответственно
Или E=E_m cos(ωt-kr)

Интерференция света — нелинейное сложение интенсивностей двух или нескольких световых волн. Это явление сопровождается чередующимися в пространстве максимумами и минимумами интенсивности. Её распределение называется интерференционной картиной. При интерференции света происходит перераспределение энергии в пространстве.

Явление интерференции света заключается в перераспределении

электромагнитной энергии в пространстве при сложении световых

волн от нескольких когерентных источников.  Два источника

колебаний одинаковой частоты E₁=А₁ cos(ωt+φ₁) и E₂=А₂ cos(ωt+φ₂)

называют когерентными, если разность их фаз ϕ 1 - ϕ 2,  не зависит от времени(Для образования устойчивой интерференционной картины необходимо, чтобы источники волн имели одинаковую частоту и разность фаз их колебания была постоянной.).  Испускаемые ими волны также являются когерентными.  Поскольку интенсивность каждой волны пропорциональна квадрату ее амплитуды I_1.2 ~A ² _1.2 то интенсивность

двух волн при их сложении  (с учетом принципа суперпозиции): 

I=A²  ₁ + A²₂ +AAcos(φ₁-φ₂) В каждую из фаз ϕ 1’ и ϕ 2’  включена

пространственная составляющая фазы,  так как полная фаза волны

зависит от местоположения в пространстве точки наблюдения. 

Условие интерференционного максимума (светлая область):           

∆ = ±mλ, условие интерференционного минимума (темная область):

∆ = ±(2 m + 1) λ/2, где m = 0, 1, 2, ...

• Интерференция света от двух щелей - опыт Юнга.

Оптическая разность хода волн в точке с координатой x экрана: ∆ =

xd/l .

Ширина интерференционной полосы δ x = lλ/d, где l – расстояние до

экрана,  d – расстояние между щелями. Другая форма записи δ x = λ/φ, где φ = d/l - угловое расстояние между щелями при наблюдении их со

стороны экрана.

Если источник света длиной волны λ немонохроматический,  то

максимальный видимый порядок интерференции:  m = λ/δλ, где  δλ

- ширина излучаемой спектральной линии.

Условие интерференционного максимума:

если оптическая разность хода волн Δ равна четному числу полуволн в вакууме  (целому числу длин волн),  то колебания,  возбуждаемые обеими волнами в точке М, будут происходить в фазе

где m – целое число  (порядок интерференции). В точках пространства, в которых наблюдаются интерференционные максимумы,  разность фаз когерентных волн равна четному числу p :

Условие интерференционного минимума: если оптическая разность хода волн Δ равна нечетному числу полуволн в вакууме, то образуются интерференционные минимумы

При этом разность фаз когерентных волн равна нечетному числу π

Друзья! Приглашаем вас к обсуждению. Если у вас есть своё мнение, напишите нам в комментарии.