Лекция 13.

Электромагнитные волны, шкала электромагнитных волн. Интерференция и дифракция света. Интерференционные и дифракционные приборы. Принцип рентгеноструктурного анализа. Понятие о голографии.

Поляризация света. Поляризационные методы исследования биологических объектов. Поляриметрия и спектрополяриметрия. Поляризационные приборы.

Электромагнитные волны

Обобщая результаты опытов X. К. Эрстеда по воздействию электрического тока на магнитную стрелку, опытов Фарадея по электромагнитной индукции и других фактов, Максвелл создал в рамках классической физики теорию электромагнитного поля.

В основе теории Максвелла лежат два положения: а) всякое переменное электрическое поле порождает магнитное и б) всякое переменное магнитное поле порождает электрическое (явление электромагнитной индукции).

Взаимное образование электрических и магнитных полей приводит к понятию электромагнитной волны — распространение единого электромагнитного поля в пространстве.

Если распространение плоской механической волны описывалось одним уравнением (5.48), то распространение плоской электромагнитной волны описывается двумя уравнениями — соответственно для электрической и магнитной компонент единого электромагнитного поля:

(14.51)

здесь Е и В соответственно напряженность электрического поля и магнитная индукция, Е_m и В_m — их амплитудные значения.

Векторыи(скорость распространения волны) взаимноперпендикулярны (см. рис. 14.17).

В теории Максвелла было получено выражение для скорости распространения электромагнитной волны

(14.52)

где - скорость света в вакууме,  и  — соответственно диэлектрическая и магнитная проницаемости, ₀ и ₀ — соответственно электрическая и магнитная постоянные.

Таким образом, скорость распространения электромагнитных волн равна скорости света. Это послужило основанием для создания Максвеллом электромагнитной теории света.

Сопоставляя (14.52) и выражение для показателя преломления п = с/, можно установить связь между п и диэлектрической и магнитной проницаемостями:

(14.53)

Объемная плотность энергии электромагнитного поля складывается из объемных плотностей энергии электрического (12.46) и магнитного(13.8) полей:

(14.54)

Электрическая и магнитная составляющие электромагнитного поля в диэлектрике энергетически равноправны, поэтому

(14.55)

тогда для объемной плотности энергии можно записать несколько выражений:

(14.56)

Подставляя в (14.56) выражение (14.51), получаем

(14.57)

Усредняя по времени (за период) выражение (14.57) и учитывая, что среднее значение получаем выражение для среднего значения объемной плотности энергии электромагнитной волны:

(14.58)

Плотность потока энергии волн (интенсивность волны) получим из общей формулы (5.54), подставляя в нее (14.58) и (14.52):

(14.59)

На основании (14.56) можно получить Если подставить это выражение в (14.59), то получим:

(14.60)

Как видно, интенсивность электромагнитной волны пропорциональна квадрату амплитуды напряженности электрического поля. Заметим, что аналогичная связь между интенсивностью и амплитудой существует и для механических волн [см. (5.56)].