Для объяснения световых явлений в физике используются две теории света – 1) По

–
1) По волновой теории (или электромагнитной) световое излучение представляет собой

2) по корпускулярной теории (фотонной) световое излучение представляет собой поток особых частиц – фотонов, которые обладают энергией, массой и импульсом.

Волновая
(электромагнитная)

Корпускулярная
(фотонная)

интерференция, дифракция)
при помощи фотонной теории объясняются законы взаимодействия между

именно в оптике впервые наблюдается своеобразный дуализм волновых и корпускулярных свойств, который наиболее ярко проявляется в атомной и ядерной физике.

волновая

корпускулярная

природа света

Максвелла

единую теорию электрических и магнитных явлений, в которой он использовал

Теорию ЭМП Максвелл сформулировал в виде системы нескольких уравнений. В учении об электромагнетизме эти уравнения Максвелла играют такую же роль, как уравнения (или законы) Ньютона в механике или I и II начала в термодинамике.

(1831-1879) английский физик, создатель классической электродинамики, один из основоположников статистической физики.

Джеймс Клерк Максвелл

в смежных точках вихревого электрического поля, также изменяющегося по напряженности,

Вихревое электрическое поле характеризуется особой векторной величиной, называемой ротором напряженности поля

Вектор ротора приложен в центре вихревого поля, перпендикулярно плоскости его силовых линий и направлен относительно них по правилу правого винта.

по правилу Ленца. В случае, когда магнитное поле усиливается ,

Вектор напряженности электрического поля Е связан с ротором правилом правого буравчика, следовательно, можно определить направление поля Е.

В среде, не проводящей электрический ток, индуцированного электрического поля прямо пропорционален скорости изменения В:

способ существования ЭМП. Конкретные проявления ЭМП – радиоволны, свет, гамма-лучи

Итак, переменное магнитное поле вызывает появление вихревого электрического поля. Переменное электрическое поле вызывает появление магнитного поля. Взаимно порождаясь, они могут существовать независимо от источников заряда или токов, которые первоначально создали одно из них. В сумме это есть электромагнитное поле (ЭМП).

(сформулирован на основе опыта Майкельсона, Физо и др.):
законы всех

– уравнения Максвелла. В электромагнетизме эти уравнения играют такую же

Первое из этих уравнений является выражением закона электромагнитной индукции.

Второе уравнение отражает свойство замкнутости линий вектора (или уход их в бесконечность) или отсутствие источников магнитного поля, т.е. магнитных зарядов.

Первая пара уравнений:

Вторая пара уравнений:

уравнение устанавливает связь между полным током и порождаемым им магнитным полем.

уравнение показывает, что источниками вектора служат сторонние заряды.

уравнения Максвелла в дифференциальной форме

в пространстве. Этот процесс является периодическим и носит волновой характер.

На основе уравнений Максвелла можно получить волновое уравнение э/м волны:

уравнения Максвелла для плоской гармонической
электромагнитной волны, когда токи и заряды отсутствуют

Решение этих уравнений и составляют искомое уравнение волны

Дифференцируя (1) по х и (2) по t, получаем:

общее дифференциальное уравнение волны
Если изменение величины S отвечает уравнениям:

то это означает, что величина S распространяется в виде волны со скоростью v.

– электродинамическая постоянная =
скорости света в вакууме;
В любом веществе скорость

раз, чем в вакууме.

и магнитной проницаемостей. Величину

абсолютным показателем преломления. С учетом последнего имеем:

и

Следовательно, показатель преломления среды есть физическая величина, равная отношению скорости электромагнитных волн в вакууме к их скорости в данной среде.

точках с координатой
– волновое число,
v – фазовая скорость.

E = Em·sinω(t-x/v) = Em·sin(ωt-kx) H = Hm·sinω(t-x/v)

Решением дифференциальных уравнений является гармоническая функция:

• электромагнитная волна является поперечной;
• электрическая и

колеблются в одинаковых фазах.

• векторы

√εа·E = √μа·H (√ε√ε0·E = √μ√μ0·H)

и их величины связаны соотношением.

и

электрической и магнитной составляющих. Так как колебания векторов

или

(масса единичного объема электромагнитного поля равна w =mc2, a m = w/c2).

Модуль плотности потока энергии волны можно получить, умножив объемную плотность энергии на скорость волны v:

Плотность потока энергии –это вектор, совпадающий с направлением вектора скорости волны, т.е. перпендикулярный векторам Е и Н.

(для плоской э/м волны) численно равна среднему значению за период

Т.е.

В случае электромагнитных волн вектор плотности потока энергии называется вектором Умова-Пойнтинга. Его можно представить как векторное произведение

√εа·E = √μа·H (√ε√ε0·E = √μ√μ0·H)

в вакууме
В соответствии с условиями возбуждения и свойствами излучения ЭМ

Излучение может быть

Монохроматическим (простым) называют излучение какой-либо одной длины волны.

Сложным - излучение, состоящее из волн различной длины, называется

Любой цвет можно разложить на сумму основных (или базовых) 3 цветов : красный, зеленый, синий соответствующей яркости

Свет, содержащий все волны видимого диапазона в определенном соотношении по интенсивности – белый свет.

размеров приборов;
геометрическая оптика.
λ сравнима с размеров приборов;
волновая оптика.
λ

эквивалентно току вдоль вибратора) вокруг него образуется магнитное поле. Ток,

Если концам вибратора сообщить разноименные заряды, то между ними образуется электрическое поле.

При подключении генератора переменного тока в нем возникают колебания электрических зарядов, что и приводит к излучению электромагнитных волн, точно так же как это происходит при колебаниях диполя. 

генератор электрических колебаний соответствующей частоты.
Вследствие ограниченных размеров вибратора в

При этом длина волны, излучаемой вибратором равна

Вибратор можно рассматривать как диполь, заряды которого совершают колебательное движение вдоль его оси. В связи с этим вибратор называют полуволновым диполем.

расположенный в направлении электрической составляющей поля волны, которая возбуждает в

Электромагнитные волны регистрировались с помощью приемного резонатора, в котором возбуждаются колебания тока.

Резонатор может иметь форму витка, расположенного в плоскости, перпендикулярной магнитной составляющей поля волны, которая путем индукции вызывает в нем соответствующие колебания.

также плотные газы.
Чтобы получить, надо нагреть тело до высокой

молекулярном) состоянии (атомы практически не взаимодействуют друг с другом).
Изолированные

Установлено, что в состоянии разреженного газа каждое вещество испускает характерный для него спектр. Благодаря этому возможен спектральный анализ (определение химического состава вещества по спектру излучения этого вещества в газообразном состоянии).

Каждая полоса представляет собой совокупность большого числа очень тесно расположенных

то на фоне непрерывного спектра источника появятся темные линии.
Газ

Темные линии на фоне непрерывного спектра – это линии поглощения, образующие в совокупности спектр поглощения.

вовлеченного в волновой процесс от области, в которой колебания еще

волновые поверхности – геометрическое место точек, в которых вектор имеет одинаковую фазу

Волновой фронт – один, а волновых поверхностей может быть бесконечное множество.

плоский фронт

сферический фронт

Световыми лучами называют линии, вдоль которых распространяется световая энергия. Вектор Умова-Поинтинга - касательная к лучу.

Если известны форма и положение фронта световой волны в момент времени t, то фронт волны в последующие моменты времени t +Δt можно найти по принципу Гюйгенса:

до которой доходит волна, служит центром вторичных волн, а огибающая

скорости света С1 >С2. Для нахождения законов отражения и преломления

Отсюда ∟ АА’В=∟i1 Аналогично ∟ А’ВВ’=∟i2

как углы со взаимоперпендикулярными сторонами

Сопоставление с известным из геометрической оптики законом:

где n12 –относительный показатель преломления второго вещества по отношению к первому, дает

преломления данной среды
По абсолютным показателям преломления двух сред

можно найти их относительный показатель преломления:

плотной среды в оптически менее плотную среду (n1>n2) угол преломления

С увеличением угла α, при некотором α = α0 можно получить γ=π/2, т.е. преломленный луч будет скользить по поверхности раздела сред. Угол падения, удовлетворяющий условию sinα0 = n2/n1, при котором γ=π/2 ,а sinγ=1, называется предельным углом падения.

При α > α0 луч не преломляется, а полностью отражается обратно в первую среду. Это называется полным внутренним отражением.

При n1