Жарықтың электромагниттік табиғаты

Дәріс 1-бөлім

Жарық толқындарының қасиеттері

Жарықтың электромагниттік табиғаты

Толқындық теңбеу.Кез келген электромагниттік толқындар вакуумда тұрақты жылдамдықпен тарайды:

м/с.

Максвелше жарықтың табиғаты электромагниттік болады және вакуумде с тұрақты жарық жылдамдығымен тарайды, ал ортадағы жарық жылдамдығы мынаған тең:

, (4.1)

мұндағы Ф/м, = 12,56×10^-7 Гн/м – тұрақты шамалар, ал e және m – заттың диэлектрлік және магнит өтімділігі. – мөлдір диэлектриктің сыну көрсеткіші деп аталады, мұндай заттардың көпшілігі үшін m= 1, яғни n= , онда

.

Бұдан жарық толқынының ұзындығы вакуумнан затқа өткенде өзгереді деген қорытынды шығады. Өйткені, , онда вакуумда , ал , демек

. (4.2)

Вакуумдағы жарық толқынының ұзындығы

аралықта жатады, сондықтан олардың жиілігі

.

Максвелл теңдеулерінен жарық толқындарының түбегейлі қасиеттері шығады: олардың көлденеңдігі, бойлық құраушысының болмауы, ортогоналдылығы . Электромагнитті толқындар сфералық (цилиндрлік), жазық болып бөлінеді және олардың әрқайсысы монохроматты (w=const) болуы мүмкін. Қарапайым, сонымен бірге дербес түрі ретінде гармониялық осциллятор шығаратын жазық монохроматты электромагниттік толқынды қарастырайық:

, (4.3)

мұндағы Е­₀ және Н₀ – электр және магнит өрістерінің кернеулік векторларының амплитудалық мәндері; w – тербелістің циклдік жиілігі: ; u – ОХ осі бойынша оң бағытта берілген затта таралған толқынның жылдамдығы. Жарық толқынының өзімен бірге тасымалдайтын энергиясы энергия ағынының векторлық тығыздығымен (Умов-Пойнтинг векторымен) сипатталады:

, (4.4)

мұндағы – берілген уақыт мезетіндегі кеңістіктің әрбір нүктесіндегі энергияның шамасын және таралу бағытын көрсетеді. Изотропты ортада бағыты толқынның (жарық сәулесінің) таралу бағытына сәйкес келеді, сондықтан векторлары оң бұранда құрайды: немесе . Электромагниттік толқындағы және векторларының модулдерінің тәуелділігі мынадай:

,

онда

, (4.5)

мұндағы , яғни деп қабылданған. (4.4) және (4.5) теңдеулерінен векторының орташа мәні -қа тең екендігі шығады, демек , ал .

S векторының мәндерінің тербелістері және тербелістерімен салыстырғанда 2w есе жиілікпен жасалады. Энергия ағынының тығыздығы мәндерінің уақыт бойынша жарық толқыны тасымалдайтын орта модулін кеңістіктің берілген нүктесіндегі жарық интенсивтігі I деп атайды.

, (4.6)

жарық интенсивтігінің сандық мәні

, (4.7)

сонымен, ~ , ал вакуумдағы жарықтың таралуы кезіндегі мәні

~ . (4.8)

Интенсивтік Вт/м_­­­² немесе лм/м² өлшем бірліктерімен анықталады.

Бақылау сұрақтары:

1. Электромагниттік толқындардың қандай қасиеттері сізге белгілі?

2. Қума электромагниттік толқындардың интенсивтігі мен Умов-Пойнтинг векторының арасында қандай байланыс бар?

Дата добавления: 2015-12-01