Вопросы. 1) Основы оптики шкала электромагнитных волн

Лекция №1

1) Основы оптики шкала электромагнитных волн.

2) Вибратор Герца. Возбуждение и прием

3) Законы Максвелла.

4) Волновые уравнение и его решение.

5) Свойства ЭМ волн, амплитуда, частота, длина волны и фаза плоской ЭМ волны.

1. В основе оптики из древне лежат несколько основных поколении:

закон преломления распространения света, законы отражения и преломления света и т.д.

ЭМ волны под видом волн λ, лежат в диапазоне оси 2 мм до см,

относятся к оптическому диапазону.

Выделяет свет, имеет длину волн 460-760 нм.

Свет – ЭМ волна определенного диапазона частот или длин волн.

с=х₀ ν – скорость света (м/с)

с=3*10⁸ м/с – для вакуума.

Древние законы оптики связанные с поведением световых лучей, в результате открытых в области ЭМ:

Закон Кулона, закон Ампера, закон Фарадея и другие были обобщены Джейсоном Максвеллом в виде законов или уравнении.

1. Переменное вихревое электрическое поле или электрический ток порождает переменное вихревое магнитное поле (закон Ампера).

2. Переменное вихревое магнитное поле порождает переменное вихревое электрическое поле силовые линии, которые налаживаются на силовые линии магнитного поля (закон Фарадея).

3. Источником электрического поля являются электрические заряды, в природе отсутствуют магнитные заряды.

Диполь Герца. Впервые экспериментально доказательство существования электромагнитной волны и прямую связь со светом волнами дал Генрих Герц. Он предложил для возбуждения ЭМ волн – вибратор открытый колебательный контур, включающий в себя 2 привода разделенных искровым промежутком. Подовая высокое напряжение на концы промежутка – малых размеров, он замыкал цепь и пропускал по проводу импульс переменного электрического тока.

Это явилось причиной возбуждения электромагнитной волны высокой частоты ω.

ω = 2ν

одновременно для электромагнитной волны использовал, таким же размером и форме примененным вибратором Герца настроенный, в резонансе с излучающим вибратором.

Схема опыта имеет вид:

(рис.1.)

(рис.2.)

(рис.3.)

i=

Ниже описан процесс формирования ЭМ волны, когда // oy, // ox, // oz.

Из опыта Герца => что c =x=скорости света, так что в опытах по преломлению и отражению электромагнитных волн он доказал, что соблюдая законы как для световых волн.

Рассмотрим количественные соотношения, между величинами характеризующие, электромагнитные волны: Е, Н, В, Д.

B = H, D = E

Первый закон Максвелла в математической форме выражается соотношением, напрямую связанную, со схемой приведем на рисунке:

, (1)

Второй закон выражается аналогично симметричным соотношением:

(2)

Из уравнении (1),(2) непосредственно следует, к новым известным математическим уравнении, на оси уравнении Ген гольда для распространении ЭМ волны:

(3)

С использованием (3) получаем вид:

(4)

(4^/)

ð

Простейшим и важнейшим решением уравнения (4) и (4^/) периодичным Cos(фаза) или Sin

E= E_m Cos [

(5)

H= H_m Cos [

Величина в входящая в (4) связалось в связи с решением (5) – фазовой скоростью распространения ЭМ волны.

Фазовая скорость – это скорость, с которой рассматривается ЭМ фронт волны или геометрическое место постоянной фазы волны.

Фазой волны (5) называется выражение, стоящее под знаком Соs или Sin в формулах (5).

E_м и H_м - амплитуды ЭМ волны.

Рассматривая ЭМ волна является плоской, т.к геометрическое место фазы, есть плоскость (z=const).

,

,

,

С =

Скорость света в среднем всегда < скорости света в вакууме с, в

Для диапазона длин волн или частот, магнитного свойства среды не проявляются.

Формулы (5) в совокупности можно представить в виде графиков но одном чертеже (портрет ЭМ волны), для упрощения этот график будет строить для момента времени t или z, из приведённой формулы непременно следуют величины характеризующее световую волну (СВ).

λ = = , k =

(6)

= 2,

Волновое число ЭМ волны.

Волновое число это количество длин волн укладывающихся на расстоянии 2.

С учетом приведенных выше правил, а также с формулой (5) заменим уравнение волнового процесса в более удобных расчётов:

Е = E_M*Cos(= E_M*Cos(

(7)

H = H_M*Cos(H_M*Cos(

Заменим соотношение между длин волны света, в вакууме х₀ и в среде.

,

= ,

Длина ЭМ волны в среднем по сравнению с вакуумным, уменьшается в n раз.

Нарисуем график формулы (7) на одном чертеже выбирая три оси (E,H,Z).

На основании одного из уравнении Максвелла и его решения:

Е=E_M*Cos(

H=H_M*Cos(

E_M*Sin

H_M*Cos

Последнее уравнение подставим в уравнение Максвелла и с учетом знаков получим выражение.

E_mo=H_m/

– Соотношение уравнения Максвелла, которое связывает амплитуду напряжения поля

B=

Дата добавления: 2014-01-13