Световая волна и ее уравнение

Световая волна и ее уравнение

СВЕТОВАЯ ВОЛНА - электромагнитная волна видимого диапазона длин волн.

К световым волнам относятся волны определенных диапазонов и частот:

- ультрафиолетового диапазона

- видимого света и

- инфракрасного излучения

Эл.маг.волн. – распространяется в пространстве колебания векторов Е и Н переменного электромагнитного поля.

Так как воздействие на вещество световых ЭВМ, определяется силами электрического поля волны действующих на электроны вещества, то при рассмотрении световых волн рассматривается только вектор Е (вектор направ электр поля)

Уравнение световой волны это зависимость напряж эл поля волны Е от времени и расстояния длинны волны.

Интенсивность света

Интенсивность света – это средняя во времени от модуля вектора плотности потока энергии, котор равн средн знач величины энергии.

I=˂ |EH|˃ =˂ EH˃ (сверху вектора поставить! )

Расчет показывает I~nA²

Закон отражения и преломления света

Называются отражающие и преломляющие лучи и нормаль в поверхности раздела в точке падения луча – лежат в одной плоскости.

Угол падения a равен углу отражения b причем отраженные и падающие лучи лежат по разные стороны от нормали. Отношение sina к sing для данных двух сред есть величина постоянная

n12=n2/n1 – называется относительный показатель преломления второй среды относительно первой.

Если n2> n1, То свет падает из оптически более плотной среды в оптически менее плотную среду при этом имеет место явление полного отражения света при определенных углах падения.

Формула Ньютона для центрированной оптической системы

Формула Ньютона для центрированной оптической системы имеет следующий вид:

x*x’=-f*f’=f² (фи! с закорючкой! )

f-переднее фокусное расстояние

f’-заднее фокусное расстояние

x-расстояние от переднего фокуса до предмета

x’-расстояние от заднего фокуса до предмета

Центр оптической системы представляет собой набор

H – главная плотность перед и главная точка H

H’ – главная плотность зад

-f – модуль переднего фокусного расстояния

f – заднего фокусного расстояния

x- модуль расстояния от перед фокусировки до предмета

если с обоих сторон n один, то –f=f’

Формула отрезков для центрированной оптической системы

1/ f=1/a – 1/a’

а – модуль расстояния от перед гл пл-ти до предмета

а’- расстояния от задней главной пл-ти до предмета

f – фокусное расстояние (предметное)

Формула для фокусного расстояния тонкой линзы

Если толщиной линзы можно пренебречь по сравнению с радиусом кривизны ограничивающих линзу поверхностей, то линза называется тонкой.

а – толщина линзы

а ‹‹R1; а ‹‹R2, то линза тонкая

(фи! с закорючкой! ) f’=f=

если воздух, то n=1

R1 и R2 – алгебр. величины, берутся со своими знаками, они будут “+” если отсчитываются от центра кривизны по направлению хода лучей будет “-” – наоборот.

Временная когерентность. Время и длина когерентности.

Когерентность – это согласованное колебание нескольких колебательных или волновых процессов. Двух или более.

Для реальной волны вводится понятие временная когерентность – это согласованность колебаний, создаваемой рассматриваемой волной в некот точке пространства в разные моменты времени.

tког =1/∆ s = 2p/∆ ω = λ ₀²

tког определяется интервалом частот ∆ s и интервалом длин волн ∆ λ в используемом свете.

Пространственная когерентность. Радиус пространственной когерентности.

Пространственная когерентностью называется согласованность колебаний кот совершаются в один и тот же момент времени в разных точках плоскости перпендикулярно направленной распрост света.

Радиусом когерентности (или длиной прос ког) называется максимально поперечная направлению расспрос волны расстояния на котором колебания воздав волной, когерентны, т.е. разность фазы колебаний не меняется во времени. Радиус когерентности рассчитывается

Рког=λ /ϕ

λ – длинна волны (где среднее λ из интер-ла)

ϕ - угловой размер источника света испускаемого волну

На расстоянии не превышающего радиус когерентности можно наблюдать интерференцию.

Интерференция световых волн

Интерференцией света называется наложение (суперпозиция) двух или более световых волн при котором происходит пространственное распределение интенсивности света с образ-ем max и min интенсивности, наблюдается в виде светл (max) и темн (min) полос.

10 Результирующая интенсивность света при …

Если волны идут от 2-ух почер. источн S1 и S2 в произв. Точку наблюд-е P, то результатом интен-ть света в этой точке будет зависеть от интен-ть света в самих источников и разности фаз колебаний, создаваемые в этой произв. Точке P этими волнами

I рез =I1+I2+2 ,

δ -разность фаз колебаний, создаваемых этими волнами в точке P

= cos (wt- 1+ ), = cos (wt- + )

Метод Юнга

Сф- светофильтр;

Щель S необход увелич радиус простр. Когерент. Света за счет уменшен углового размера источника света

Светофильтр обеспечивает уменнш. интерв. длин волн ∆ λ, что приводит к увеличению предельного порядка интерференции m_пред и увел. надлюд. полос.

Принцип просветления оптики

Для просвет-я оптики на стекл отраж. Поверх-ть наносится тонкая прозрачная пленка

> >

Толщена пленки выбир. Так чтобы опт. Разн хода(∆ ) отраж от верх и нижн пленки удев-ла условия min интен-ти ∆ =( 2 m + 1) При этом интен-ть отраж. –го Света в результате инте-ии равна 0

=√

Кольца Ньютона

Кольца Ньютона- это интер-ые полосы равной толщены, возникающие при отражении света от верх и нижн. Грани воздуш задора между плоскопарал-ой стекл пластинкой и положенной на нее плосковыпуклой линзы

Радиусы светл колец

R= √ KRλ

K=0, 1, 2

=√ ; m=1, 2, 3…

Принцип Гюйгенса

Принцип Гюйгенса позволяет производить построение волнового фронта любой точки пространства.

Каждая точка волнового фронта служит центром вторичного светового огибающего эффекта (t+∆ t) в момент времени. Этот принцип позволяет провести построение в момент времени t+∆ t по известному фронту волны.

Принцип Гюйгенса-Френеля

Согласно принципу световая волна, возбуждаемая каким-либо источником S, может быть представлена как результат суперпозиции(сложения) когерентных вторичных волн, изучаемых вторичными(фиктивными) источниками – бесконечно малыми элементами любой любой замкнутой поверхности, охватывающей источник S.

Суть метода зон Френеля

В соответствии с принципом Гюйгенса-Френеля произвольная поверхность точки волны в точку наблюдения ρ идущую от источника S разбивают на участки(кольца) так, чтобы расстояние от краев зон до краев точки n было: bn=b+m , m =1, 2, 3.

Эти зоны являются вторичными волнами.

Оптическая разность хода от любых 2-х соседних зон равна и эти соседние зоны будут возбуждать соседние зоны по фазе отличающиеся в точке ρ.

Результатирующая амплитуда создающаяся результатирующей волной в точке ρ всеми зонами равна амплитуде: Ар = , А1= 2Ар, rm =

Зонные пластинки

Если на пути волны поставить пластинку, все четные или не четные зоны Френеля, то интенсивность света в точки наблюдения будет резко возрастать. Это связано с тем, что колебания от четных или не четных приходит в точку ρ в фазе 2П и следовательно резко усилив друг друга действует как собирающая линза и называется фазовая-зонная пластинка.

Закон Малюса

Закон Малюса — физический закон, выражающий зависимость интенсивности линейно-поляризованного света после его прохождения через поляризатор от угла между плоскостями поляризации падающего света и поляризатора.

где — интенсивность падающего на поляризатор света, — интенсивность света, выходящего из поляризатора, — коэффициент прозрачности поляризатора.

Естественный свет

ЕСТЕСТВЕННЫЙ СВЕТ (неполяризованный свет) - совокупность некогерентных световых волн со всеми возможными направлениями напряжённости эл--магн. поля, быстро и беспорядочно сменяющими друг друга.

(неполяризованный свет), оптическое uзлучение с быстро и беспорядочно изменяющимися направлениями напряжённости электромагнитного поля, причём все направления колебаний, перпендикулярные к световым лучам, равновероятны.

Электромагнитные волны, излучаемые естественными источниками, как правило, являются неполяризованными. Для пояснения заметим, что излучение естественных источников можно представить как хаотическую последовательность испускания цугов электромагнитных волн отдельными атомами источника в произвольных направлениях, с произвольными начальными фазами

Закон Био

ЗАКО́ НБио: угол поворота плоскости поляризации линейно поляризованного света пропорционален толщине слоя оптически активного вещества, который проходит световой луч

Дисперсия света, ее виды

Дисперсией света называется зависимость показателя преломления n вещества от частоты ν (длины волн λ ) света или зависимость фазовой скорости световых волн от их частоты.

Дисперсией света называется явление зависимости показателя преломления вещества n от частоты света ω (или, что эквивалентно, от длины волны в вакууме ):

Дисперсия света называется нормальной, если показатель преломления монотонно возрастает с увеличением частоты (убывает с увеличением длины волны); в противном случае дисперсия света называется аномальной (Рис.6.1 ). Нормальная дисперсия света наблюдается вдали от собственных линий поглощения, аномальная – в пределах полос или линий поглощения

Энергетическая светимость.

Энергетическая светимость — (излучательность) поверхности источника излучения физическая величина, равная отношению потока излучения, испускаемого площадкой источника излучения, к её площади.

Энергетическая светимость (Re) — энергия теплового излучения, испускаемая с единичной поверхности нагретого тела за единицу времени.
энергетическая светимость - это количество энергии электромагнитного излучения во всем диапазоне длин волн теплового излучения, которое излучается телом во всех направлениях с единицы площади поверхности за единицу времени: R = E/(S·t), [Дж/(м2с)] = [Вт/м2] Энергетическая светимость зависит от природы тела, температуры тела, состояния поверхности тела и длины волны излучения.

Закон смещения вина

ВИНА ЗАКОН СМЕЩЕНИЯ (формула Вина) -определяет общий вид распределения энергии по частотам v (или длинам волн ) в спектре излучения равновесного в зависимости от абс. темп-ры T.

где T — температура в кельвинах, а — длина волны с максимальной интенсивностью в метрах.

45 Что описывает формула планка. Её график

Формула Планка — выражение для спектральной плотности мощности излучения абсолютно чёрного тела.

Зависимость мощности излучения чёрного тела от длины волны.(график)

Закон внешнего фотоэффекта

Закон Столетова: при неизменном спектральном составе электромагнитных излучений, падающих на фотокатод, фототок насыщения пропорционален энергетической освещенности катода (иначе: число фотоэлектронов, выбиваемых из катода за 1 с, прямо пропорционально интенсивности излучения):
и

Максимальная начальная скорость фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а определяется только его частотой.

Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, то есть минимальная частота ν ₀ света (зависящая от химической природы вещества и состояния поверхности), ниже которой фотоэффект невозможен.

Эффект Комптона

Постулаты Бора

Первый постулат Бора:

В атоме существуют стационарные (не изменяющие со временем) состояния, в которых он не излучает энергию. Стационарным состоянием атома соответствуют стационарные орбиты по которым движутся электроны. Движение электронов по стационарным орбитам не сопровождается излучением электромагнитных волн. В стационарном состоянии атома электрон двигается по круговой орбите должен иметь дискретные квантовые значения момент импульса удовлетворяющие условию

Второй постулат Бора :

При переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую излучаться(поглощается) один фотон с энергией равной разности энергий соответствующих стационарных состояний ( – соответственно энергии стационарных состояний атома до и после излучения ( поглощения).

При происходит излучение фотонов (переход атома из состояния с большей энергией в состояние с меньшей т.е. переход электрона с более удаленной от ядра орбиты на более близлежащую).

При его поглощение (переход атома в состояние с большой энергии т.е. переход электрона на более удаленную орбиту от ядра).

Для водорода радиус