По волновой теории свет представляет собой электромагнитные волны, длинна которых лежит в пределах от 380 нм до 770 нм. Более короткие и более длинные не вызывают в зрительном органе человека световое ощущение, и воспроизводятся только специальной аппаратурой.
По корпускулярной (фотонной) теории световое излучение представляет собой поток особых частиц – фотонов, каждый из которых обладает энергией, массой и импульсом. При помощи электромагнитной теории объясняется отражение, преломление, интерференция, дифракция и другое. При помощи фотонной объясняется взаимодействия между светом и веществом.
Ограничение только одной из этих теорий для объяснения всех явлений излучения, распространение и поглощения света пока не удается. Таким образом в световых явлениях наблюдается дуализм.
Электромагнитная волна в соответствии с теорией Максвелла, распространяется в электромагнитном динамике – это есть распространение взаимосвязанных электронов и магнитных полей. В каждой точке волны происходит периоды изменения напряжения. и . и перпендикулярно распространению волны. Они колеблются в одинаковой фазе одновременно достигают своих максимальных и нулевых значений. В случае монохроматичности волны векторы и совершают гармонические колебания одинаковой цикличности, частоты, описывваемыми уравнениями . Из уравнений Максвелла для электромагнитного поля, определяющего связь между и может быть получена формула, связывающая скорость света и электромагнитные волны в веществе с электронными и магнитными свойствами. .
|
|
Отношение скорости световой волны в вакууме к скорости в некоторой среде называют абсолютным показателем преломления этой среды. Тогда (1).
Равенство (1) и определяет находящуюся связь между показателями преломления и магнитные преломления среды. - формула Максвелла.
Для подавляющего количества веществ M практически не отличающихся от 1 . Значит абсолютный показатель преломления характеризует оптическую плотность среды. Среда с большим n более плотна, чем среда с меньшим n.
Интерференция света – это явление усиления или ослабления колебаний, которое происходит в результате сложения 2-х или нескольких волн с одинаковыми периодами, распределяется в пространстве и зависит от соотношения между фазами, складывающих колебаний. Необходимым условием интерференции волн является когерентность.
Волны называются когерентными, если выполняется следующие условия:
1. Равенство частот складываемых волн
2. Постоянная во времени разность раз.
3. Колебания должны в одной плоскости
Если колебания происходят не в одной плоскости, то не может происходить наложение волн. Условию когерентности удовлетворяют только монохроматические световые волны.
|
|
Для световых волн справедлив принцип суперпозиции. Поскольку свет имеет электромагнитную природу, то применение этого принципа означает, что результирующая напряженность электромагнитного поля 2-ух световых волн, проход. через 1-ну точку равна векторной сумме напряженностей электромагнитных полей каждой из волн в отдельности. В частности, когда напряженности полей равны, но противоположно направлены, напряженный результат поля будет равен 0, т.е. свет гасится, и наоборот если направленность векторов напряженности полей складываются волны одинаково направленные, то происходит увеличение интенсивности света.
Рассмотрим сложение когерентных волн математически.
Рассмотрим простой случай сложения 2-х линейных поляризов монохроматических волн одной частоты.
Кроме того волны имеют одно и то же направление колебаний. Уравнение волн запишем в следующем виде:
Где и - текущие значения векторов, и волны, и - амплитудные значения и , и - начальные фазы складываемых колебаний, ω – цикличная частота колебаний.
Найдем амплитуду результат колебания. Для этого построим векторную диаграмму амплитудных колебаний.
Найдем модуль амплитуд А рез колебаний. Для этого рассмотрим ∆ . В нем угол и по теореме косинусов квадрат сумм амплитуда равна
!
Проанализируем полученную формулу. Возможны 2 случая:
1. Если ; 2π; 4π; …2кπ, к=0,1,2,…, то
2. Если ; 3π; 5π; 2(K+1)π, K=0,1,2,…
То ;
В первом случае происходит усиление рез колебаний, а во 2-ом ослабление. Если при этом , то ,
В последнем случае происходит гашение света. Обычно условие усиления и ослабления света при интерференции формулируют не через разность фаз, а через разность хода волн ∆.
Получим выражение через разность хода волн. Известно что различие фаз ∆ соответствует пройденный волной путь = половине длинны волны – тогда разность фаз связанна с разностью хода соотношением и условие максимумов можно сформулировать следующим образом: Максимальное усиление результирующего колебания наступает, если разность хода слаг. волн = четному числу полуволн или целому числу длин волн.
Аналогично формулируется условие минимумов: ослабление рез колебания будет, если разность хода слаг. волн = нечетному числу полуволн.
Где К = 0;1;2;3;… называется порядком интерференции максимума или минимума