9.2 Образование свободных электромагнитных волн

Рисунок 9.1

Распространяющееся в пространстве электромагнитное поле, в котором напряженность электрического и индукция магнитного полей изменяются по периодическому закону, называется электромагнитной волной.

Представим себе, что в некоторой точке О (см.рис.9.1) создано каким- либо образом электрическое поле . Если это поле не имеет источников его поддерживающих, то поле будет исчезать, но убывающее поле согласно Максвеллу вызывает магнитное поле , силовые линии которого направлены по часовой стрелке (глядя сверху на рисунке 9.1), т.к. в среде не имеется постоянных токов, поддерживающих магнитное поле, то это последнее будет исчезать и вызовет вихревое электрическое поле . Силовые линии этого поля будут направлены против часовой стрелки. Поле уничтожит первоначальное поле в точке О, но зато проявится в соседней точке 1. исчезая в точке 1, электрическое поле приведет к появлению магнитного поля , которое направлено как и поле . Поле уничтожит поле и обнаружится в более удаленной точке и т.д. Таким образом, вместо первоначального поля мы получим и электрическое и магнитное поле, взаимно связанные друг с другом и распространяющиеся в пространстве, т.е. электромагнитную волну (см. рис.9.2) (вектор на рис. обозначен H).

Рисунок 9.2

Электромагнитную волну можно графически представить в виде двух синусоид, лежащих во взаимно перпендикулярных плоскостях (см. рис.9.2). Одна синусоида отражает колебания вектора напряженности электрического поля, другая - вектора индукции магнитного поля. Вектор скорости распространения электромагнитной волны будет перпендикулярен векторам и (или )

,

.

Эти формулы выражают закон изменения электрического и магнитного полей в электромагнитной волне, распространяющейся в направлении х. Они называются уравнением электромагнитной волны, где с – скорость распространения электромагнитной волны в вакууме.

Проверь себя

1. Что такое вихревое электрическое поле?

2. Что является источником вихревого электрического поля?

3. Что называют током смещения?

4. В каких единицах измеряется ток смещения?

5. Чем отличается ток смещения от тока проводимости?

6. Запишите формулу для тока смещения.

7. Запишите основные положения теории Максвелла.

8. Могут ли существовать в свободном состоянии магнитные и электрические поля?

9. Что называют электромагнитным полем?

10. Дайте определение электромагнитной волны.

11. Запишите уравнение электромагнитной волны.

10 Геометрическая оптика

10.1 Законы геометрической оптики

Длины воспринимаемых глазом световых волн очень малы (порядка 10^-7м). Поэтому, отвлекаясь от волновой природы света, его распространение можно в первом приближении рассматривать вдоль некоторых линий, называемых лучами. В предельном случае, соответствующем , законы можно сформулировать на языке геометрии. В соответствии с этим раздел оптики, в котором пренебрегают конечностью длин волн, называется геометрической оптикой.

Основу геометрической оптики образуют четыре закона: 1) закон прямолинейного распространения света 2) закон независимости световых лучей 3) закон отражения света 4) закон преломления света.

Изотропной средой называется такая среда, свойства которой во всех направлениях оказываются одинаковыми. В таких средах свет во всех направлениях распространяется с одной и той же скоростью. Если в среде нет никаких вкраплений, то среда называется однородной изотропной.

Закон прямолинейного распространения света утверждает, что в однородной изотропной среде свет распространяется прямолинейно.

Закон независимости световых лучей утверждает, что лучи при пересечении не взаимодействуют друг с другом. Пересечение лучей не мешает каждому из них распространяться независимо друг от друга.

При падении светового луча на границу раздела двух сред образуются лучи отраженный и преломленный (см. рис.10.1).

Рисунок 10.1

Закон отражения света утверждает, что отраженный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и перпендикуляром восстановленным в точку падения А угол отражения  равен углу падения .

Закон преломления света формулируется следующим образом: преломленный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью, восстановленной в точку падения А отношение синуса угла падения  к синусу угла преломления  есть величина постоянная для данных двух сред

. (10.1)

Величина n₁₂ называется относительным показателем преломления второй среды относительно первой

, (10.2)

где n₁ и n₂ – абсолютные показатели преломления среды 1 и 2 соответственно.

Абсолютный показатель преломления показывает во сколько раз скорость распространения света в среде  меньше скорости распространения света в вакууме с.

.