Электромагнитные волны. Как уже отмечалось, существование электромагнитных волн – переменного электромагнитного поля, распространяющегося в пространстве с конечной скоростью
Как уже отмечалось, существование электромагнитных волн – переменного электромагнитного поля, распространяющегося в пространстве с конечной скоростью, – следует из электромагнитной теории Дж Максвелла и подтверждено экспериментально в опытах Г. Герца (раздел 2.6.6). Источником электромагнитных волн может быть любой электрический колебательный контур или проводник, по которому течет переменный ток.
Плоские электромагнитные волны описываются уравнениями
Е=Е0 cos(wt-kx+j0), H=H0 cos(wt-kx+j0), (2.7.4)
где Е0и Н0 – соответственно амплитуды напряженностей электрического и магнитного полей, w – круговая частота волны, k=w/v – волновое число,j0 – начальные фазы колебаний в точках с координатой х=0. Колебания электрического и магнитного векторов происходят с одинаковой фазой.
Электромагнитная волна является поперечной: колебания векторов 
и 
происходят во взаимно перпендикулярных направлениях перпендикулярно вектору скорости распространения волны.
В вакууме скорость распространения электромагнитных волн совпадает со скоростью света. В веществе скорость распространения электромагнитных волн уменьшается. Показатель преломления среды n=c/v показывает, во сколько раз скорость электромагнитных волн в веществе меньше, чем в вакууме.
Электромагнитные волны обладают широким диапазоном частот (или длин волн λ=с/ν) и отличаются по способам генерации и свойствам. Различают радиоволны (λ=103–10–4 м), световые волны (λ=5×10–4–10–9 м), рентгеновское излучение (λ=2×10–9–6×10–12 м) и γ-излучение (λ<6×10–12 м). Световые волны в диапазоне длин волн λ=8×10–7–4×10–7 м воспринимается сетчаткой глаза человека и называются видимым светом.
Развитие представлений о природе света было длительным и трудным. Основные законы оптики известны еще с древних веков. Платон установил закон прямолинейного распространения света, Аристотель и Птолемей изучали преломление света. В XIII в. были изобретены параболические зеркала, в XVI в. – микроскоп, в XVII в. – зрительная труба. В конце XVII в. возникли две теории света – корпускулярная (И. Ньютон) и волновая (Р. Гук и Х. Гюйгенс). Согласно корпускулярной теории свет представляет собой поток частиц (корпускул), испускаемых светящимися телами и летящих по прямолинейным траекториям. Движение световых корпускул Ньютон подчинил законам механики.
Согласно волновой теории, развитой на основе аналогии световых и акустических явлений, свет представляет собой упругую волну, распространяющуюся в особой среде – эфире. Эфир заполняет все мировое пространство, пронизывает все тела и обладает упругостью и плотностью.
Обе теории света могли объяснить экспериментально наблюдаемые законы отражения и преломления света. XVIII век стал веком борьбы этих теорий. К началу XIX в. корпускулярная теория была полностью отвергнута и восторжествовала волновая теория. Однако всемирный эфир, обладающий механическими свойствами, обнаружить не удалось.
Наука о свете накапливала экспериментальные данные о связи оптических, электрических и магнитных явлений. В 70-х годах XIX в. Максвелл создал электромагнитную теорию, “упругий” эфир был заменен эфиром “электромагнитным”. Теория Максвелла не смогла объяснить процессов испускания и поглощения света, фотоэлектрического эффекта и ряд других явлений. В начале XX в. была сформулирована квантовая теория света. Был сделан вывод о сложной природе света и его корпускулярно-волновом дуализме. Этот вопрос будет подробно рассмотрен в следующих параграфах.
Дата добавления: 2016-01-26; просмотров: 1123;