Wykład 10 cza.
Fale elektromagnetyczne.
Wytwarzanie fal elektromagnetycznych, widmo fal.
Odbicie i załamanie światła. Bieg promienia w prostych układach optycznych.
Dyfrakcja, interferencja i polaryzacja fal świetlnych.
Wytwarzanie fal EM
Każda zmiana w czasie pola elektrycznego wywołuje powstanie zmiennego pola
magnetycznego, które z kolei indukuje wirowe pole elektryczne itd. Taki ciąg sprzężonych
pól elektrycznych i magnetycznych tworzy
falę elektromagnetyczną (EM)
.
1) Wektory E i B są zawsze prostopadłe do kierunku
rozchodzenia się fali – fala EM jest
falą poprzeczną
.
2) Wektor natężenia pola elektrycznego jest zawsze
prostopadły do wektora indukcji pola magnetycznego.
3) Iloczyn wektorowy E x B zawsze wyznacza kierunek
rozchodzenia się fali.
4) Natężenie pola elektrycznego i indukcja pola
magnetycznego zmieniają się sinusoidalnie (x i t),
wzdłuż kierunku rozchodzenia się fali:
E
=
E
sin(
kx
-
w
t
)
składowa elektryczna fali EM
0
B
=
B
sin(
kx
-
w
t
)
składowa magnetyczna fali EM
0
Przykładowe źródła fali EM:
źródła o rozmiarach atomowych lub jądrowych – fale o długościach fali rzędu nm i
mniejszych;
źródła makroskopowe np. obwód drgający LC – fale o długościach fali rzędu 1 m i
większych
Widmo fal EM
Prę
dko
dko
ść
ść
fal EM
fal EM
Pr
Wszystkie fale elektromagnetyczne, w tym również światło widzialne, rozchodzą się w
próżni z taką samą prędkością:
E
1
c
=
B
=
c = 299 792 458 m/s
≈ 3 · 10
8
m/s
m
e
0
0
W ośrodkach materialnych prędkość światła jest mniejsza:
Droga geometryczna
l
d
=
ct
=
c
=
nl
v
droga optyczna
Bezwzględne współczynniki załamania
wybranych ośrodków (dla
l
= 589 nm –
współczynnika załamania
żółte światło sodu).
c
Bezwzględny współczynnik
załamania (dla każdego ośrodka)
n
=
v
Dla próżni n = 1
Fale ś
wietlne
wietlne
Fale
Współczynnik załamania światła
n
w każdym ośrodku zależy od długości fali
świetlnej.
700 nm
400 nm
Zjawisko zależności współczynnika załamania światła
n
danej substancji
- np. szkła (a tym samym prędkości rozchodzenia się światła) od jego
długości fali (częstotliwości) nosi nazwę
dyspersji (rozszczepienia).
c
v
=
n