Распространение э.м.в.

Вопросы по оптике 2013

1 Ток смещения

Примеры несохранения циркуляции магнитного поля в случаях:

Разряд металлического шара в однородной среде

Разряд плоского конденсатора

Каков должен быть ток смещения в этих случаях, чтобы теорема о циркуляции напряжённости магнитного поля была верна.

Структура тока смещения: часть, связанная с E, и часть, связанная с P

2 Граничные условия для векторов E,D,H,B как следствия уравнений Максвелла в интегральной форме

3 Плоские э.м.в. в однородных изотропных диэлектриках

Вывод E(x,t), B(x,t) из уравнений Максвелла в среде с постоянными ε и μ в предположении, что силовые линии полей - прямые.

Скорость э.м.в.

Свойства э.м.в.:

Распределение напряжённостей полей плоской линейно поляризованной волны в пространстве

Равенство плотностей энергий εE² и μH²

Взаимная ориентация векторов электрического и магнитного поля, фазовой скорости.

Скорость э.м.в. в вакууме равна электродинамической постоянной

Скорость э.м.в. одинакова во всех инерциальных системах отсчёта

Вывод волнового уравнения из уравнений Максвелла, вид его решений.

4 Плотность энергии, поток энергии э.м.п.

Плотность энергии – как в электростатике. Связь плотности энергии и плотности потока энергии.

Вывод выражения для плотности потока энергии в вакууме, оценка напряжённости полей светового излучения Солнца вблизи Земли по известной плотности потока энергии

Формула для плотности потока энергии в среде в присутствии э.м.п.

Примеры на расчёт потоков энергии:

Выделение джоулева тепла и работа ЭДС в цепи постоянного тока

Заряд конденсатора

5 Сферические и цилиндрические э.м.в. в вакууме

Реальные волны – не плоские. Сходство в малом сферических и цилиндрических волн с плоскими волнами.

Направление векторов E и B по отношению к направлению излучения

В предположении постоянства среднего потока энергии э.м.п. получить распределение напряжённости электрического поля в случае цилиндрической и сферической симметрии.

6 Монохроматические волны

Частота и длина волны

Фаза, волновой фронт, фазовая скорость, волновой вектор, связь фазы с распределением волнового вектора в пространстве, связь фазовой скорости с частотой и длиной волны

7 Плотность импульса и давление э.м.п.

Формула для плотности импульса э.м.п.

Плотность потока импульса и его связь с давлением э.м.в.

Оценка напряжённости поля в лазерном термояде из известного давления излучения на мишень; оценка давления, оказываемого солнечным светом по известной плотности потока энергии.

Давление э.м.п. плоской волны при наклонном падении на частично поглощающую поверхность.

8 Стоячие э.м.в. в вакууме

Сумма двух плоских волн, распространяющихся в противоположных направлениях. Распределение напряжённостей и плотностей энергии, их эволюция со временем. Узлы и пучности.

9 Э.м.в. в прямоугольном волноводе

Электромагнитная волна между двумя идеально проводящими плоскостями, как сумма двух плоских волн.

Прямоугольный волновод.

Зависимость длины волны от частоты. Частота отсечки и запредельный режим. Глубина проникновения поля в запредельном режиме

Зависимость фазовой и групповой скорости э.м.в. в волноводе от частоты.

10 Излучение электромагнитных волн

Опыты Герца по получению электромагнитных волн

Уравнения Д`Аламбера для потенциалов и их интегральные решения в виде запаздывающих потенциалов (без вывода). Объясните, почему поле излучателя выражается через запаздывающие потенциалы.

Диполь Герца (определение). Э.м.п диполя Герца, совершающего гармонические колебания (без вывода). Поля ближней и волновой зон, их особенности.

Мощность, излучаемая диполем Герца. Диаграмма направленности. Волновое сопротивление.

11 Излучение дипольной антенны

Распределение тока в дипольной антенне. Собственные частоты дипольной антенны.

Диаграмма направленности на основной частоте.

Полуволновая и четвертьволновая дипольная антенны.

12 Излучение движущихся зарядов

Связь мощности излучения и ускорения заряда (без вывода).

Диаграмма направленности заряда, движущегося ускоренно.

Примеры излучения частиц:

Рентгеновская трубка

Циклотронное излучение

Ондуляторное излучение

Распространение, преломление, отражение э.м.в.

1 Геометрические законы отражения и преломления плоской э.м.в. на границе 2х однородных изотропных диэлектриков (из граничных условий для полей).

Направления распространения волн лежат в плоскости падения

Угол падения равен углу отражения

Закон Снеллиуса

Полное внутреннее отражение, глубина проникновения поля в менее плотную среду

2 Амплитудные и энергетические соотношения

Вывод амплитудных коэффициентов отражения и пропускания для волн s и p поляризаций из уравнений Максвелла и граничных условий.

Амплитудные коэффициенты в случае отсутствия полного отражения (формулы Френеля)

Предельный угол

Явление Брюстера

Случаи скачкообразного изменения фазы волны при отражении.

Предельные случаи нормального и скользящего падения.

Энергетические коэффициенты отражения и пропускания.

3 Явление Брюстера

Физическое обоснование с помощью диаграммы направленности диполя.

Использование в стопе Столетова.

4 Явление полного внутреннего отражения.

Характер распределения напряжённости преломлённого поля, глубина проникновения.

Несовпадение волновых фронтов с поверхностями постоянной амплитуды (неоднородная волна)

Экспериментальные методы наблюдения преломлённого поля.

Скачок фазы при отражении для волн s и p поляризаций. Поляризация отражённой волны.

Вывод условия, при котором разница фаз s и p поляризованных компонентов отражённого поля максимальна.

Ромб Френеля и объяснение его работы.

5 Просветление оптики

Идея метода

Расчёт толщины и показателя преломления плёнки для просветления плоской поверхности при нормальном падении света.

Дата добавления: 2015-07-25