Электромагнитые волны. Уравнение электромагнитной волны. Свет как электромагнитная волна

ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА

Основные вопросы темы:

1. Электромагнитные волны. Уравнение электромагнитной волны. Свет как электромагнитная волна.

2. Естественный и поляризованный свет. Виды поляризации.

3. Основные методы получения поляризованного света:

3.1 Поляризация при отражении от поверхности диэлектрика. Закон Брюстера.

3.2 Двойное лучепреломление. Призма Николя.

3.3 Дихроизм поглощения и его использование для получения поляризационного света.

4. Прохождение света через поляризаторы. Закон Малюса.

 

Линейно поляризованный свет

а) б)

в) Рис.5

В нижней части рис.5, а, изображается в виде параллельных линий, перпендикулярных световому лучу, рис. 5, б – в виде точек на луче ( перпендикулярен плоскости листа).

 

3. Основные методы получения поляризованного света:

Дихроизм поглощения и его использование для получения поляризационного света.

 

В поглощающих свет средах интенсивность I света уменьшается с пройденным расстоянием x по закону Бугера:

I = I ₀ e^{– k x} , (5)

где I ₀ - интенсивность падающего света, k – показатель поглощения света в среде.

Для поглощающих свет кристаллов характерно различие в показателях поглощения для обыкновенной и необыкновенной волн: (k_о ≠ k_e). Явление зависимости показателя поглощения света от поляризации волны называется дихроизмом поглощения.

Можно подобрать такую толщину кристалла x, что одна из волн практически полностью поглотится кристаллом, а другая -- пройдет через него. Таким образом получают линейно поляризованный свет (см. Рис.10).

Наибольшим дихроизмом обладает искусственно выращиваемый кристалл герапатит, который при толщине всего около 0,1 мм пропускает только линейно поляризованный свет. Из таких кристаллов изготавливаются пленочные поляризаторы, которые называют поляроидами.

ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА

Основные вопросы темы:

1. Электромагнитные волны. Уравнение электромагнитной волны. Свет как электромагнитная волна.

2. Естественный и поляризованный свет. Виды поляризации.

3. Основные методы получения поляризованного света:

3.1 Поляризация при отражении от поверхности диэлектрика. Закон Брюстера.

3.2 Двойное лучепреломление. Призма Николя.

3.3 Дихроизм поглощения и его использование для получения поляризационного света.

4. Прохождение света через поляризаторы. Закон Малюса.

 

ЭЛЕКТРОМАГНИТЫЕ ВОЛНЫ. Уравнение электромагнитной волны. СВЕТ КАК ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ВОЛНА

 

Электромагнитная волна представляет собой распространяющиеся в пространстве переменные электрическое и магнитное поля, изменяющиеся с одинаковой частотой v (Гц). Если такая волна распространяется со скоростью υ вдоль направления ОХ, то напряженность Е ееэлектрического поля и индукция В магнитного поля изменяются по одинаковому закону:

, , (1)

где ω = 2π ν (радиан/с)– круговая частота волны, Т=1/ v - период волны, а Е ₀ и В ₀ – максимальные (амплитудные) значения электрической напряженности и магнитной индукции волны, t и x – текущие время и координата. Эти две формулы в совокупности представляют собой уравнение электромагнитной волны.

Важной характеристикой волны является длина волны λ (м) – расстояние, проходимое волной за один период Т волны:

(2)

Диапазон длин электромагнитных волн весьма широк и образует шкалу электромагнитных волн, отдельные участки которой носят свои названия:

1. Радиоволны, длина волны λ >1 мм;

2. Инфракрасное излучение, 0,76 мкм <λ< 1 мм;

3. Видимый свет, 400 нм < λ < 760 нм – (760 нм – его красная граница, а 400 нм – фиолетовая граница);

4. Ультрафиолетовое излучение, 80 нм < λ < 400нм;

5. Рентгеновское излучение, 10 ^{– 5} нм < λ < 80 нм;

6. Гамма-излучение, λ < 10 ^{– 5} нм.

Следует отметить, что приведенные границы диапазонов условны и в ряде случаев могут перекрывать друг друга. Напомним также, что свет обладает как волновыми, так и корпускулярными свойствами. Волновые (длина волны λ и частота ν) и корпускулярные характеристиками (энергия кванта ε и его импульс р) волны связаны соотношениями: ε=h·ν и p = h/λ, где h = 6,6262·10^–34 Дж·с – постоянная Планка.

В очень небольшом по величине видимом диапазоне благодаря зрению человек получает более 90% информации об окружающем его мире – этот диапазон электромагнитных волн наиболее информативен и важен для человека и других биологических организмов. В данной лекции, говоря о поляризации света, мы, прежде всего, будем иметь ввиду излучение, принадлежащее данному диапазону (400 нм < λ < 760 нм).

Электромагнитные волны инфракрасного и радиодиапазонов при интенсивностях, существующих в естественной природной среде, не опасны для человека, поскольку энергия электромагнитного кванта этих волн меньше энергии валентных связей молекул. У излучений этого диапазона больше выраженыволновые свойства, чем корпускулярные.

Вредное воздействие на биосистемы начинается уже с ультрафиолетового излучения, а наиболее опасными для живых организмов являются рентгеновское и гамма-излучения, поскольку энергия электромагнитных квантов этих волн превышает энергию валентных связей молекул и поэтому способно разрывать эти связи, преобразуя молекулы в ионы и ион-радикалы. Излучение этих диапазонов является ионизирующим и его корпускулярные свойства выраженысильнее, чем волновые.

Итак, из предыдущего понятно, что свет – это электромагнитная волна. Природа света была установлена при сопоставлении теоретически вычисленного значения скорости электромагнитной волны в вакууме (воздухе) с экспериментально определенным значением скорости света в воздухе. Они оказались одинаковыми и равными 3 10⁸ м/с.

В теории электромагнитных волн было показано, что скорость () распространения электромагнитных волн в различных средах равна: , где и - относительные диэлектрическая и магнитная проницаемости среды, а и - соответственно электрическая и магнитная постоянные.

В вакууме (воздухе) , поэтому скорость электромагнитной волны равна независимо от частоты волны.

Важная величина, связанная с распространением света в разных средах, называется абсолютным показателем преломления среды и обозначается n: (3)

Величина n показывает, во сколько раз скорость света в данной среде меньше, чем в вакууме. Для всех сред, кроме вакуума и воздуха, n >1, а