Свет как электромагнитная волна кратко

Свет как электромагнитная волна

Максвеллу создать электромагнитную теорию поля. Он доказал, что в природе должны существовать электромагнитные волны. Максвелл рассчитал скорость распро­странения электромагнитных волн в вакууме и в среде: υ=с/ . где с — скорость их распространения в вакууме, ε и μ -диэлектрическая и магнитная проницаемость среды. Свет — это электромагнитные волны.

Таким образом, волновая теория о при­роде света эволюционировала в электромагнитную теорию света. Согласно этой теории свет — это электромагнитные волны опре­деленного оптического диапазона. Оптическое излучение в пределах длин волн от 760 нм до 380 нм способно непосредственно вызывать зрительное ощущение в человеческом глазе. Следовательно, оно является видимым. Оптическое излуче­ние с λ > 760 нм называется инфракрасным, а с λ < 380 нм — ультрафиолетовым.Как любые электромагнитные волны, световые волны могут быть описаны с помощью вектора напряженности Ё электриче­ского поля и вектора магнитной индукции В магнитного поля волны. Но при действии света на вещество, основное значение имеет электрическая составляющая поля волны, действующая на электроны атомов вещества, поэтому световые волны описывают­ся уравнением:E=E₀cos(ωt-2πr/λ).Где E₀-амплитуда напряжонности, ω-циклическая честота, λ-длина волны,r- расстояние до источника света.

Скорость света

Скорость света в вакууме — одна из наиболее важных фи­зических констант..Поскольку скорость рас­пространения света очень ве­лика, свет затрачивает замет­ное время лишь на прохождение очень больших расстояний. Следовательно, для определения скорости света следует определять либо очень малые промежутки времени, либо астрономические расстояния.Впервые скорость света измерил датский астроном Ремер в 1676 г., Первое наблюдение было проведено в то время когда Земля, дви­гаясь вокруг Солнца, находилась ближе всего к Юпитеру. По­вторное наблюдение, проведенное через 6 месяцев, когда Земля удалилась от Юпитера примерно на диаметр своей орбиты, пока­зало, что Ио опоздал появиться из тени Юпитера на 22 мин. Это запаздывание вызвано тем, что свет тратит 22 мин на прохожде­ние расстояния, примерно равное диаметру земной орбиты. Раз­делив это расстояние на время запаздывания, Ремер нашел ско­рость света (215000 км/с). Впоследствии были разработаны другие, более точные методы лабораторных измерений скорости света.

В 1881 г. Майкельсон определил скорость света с помощью вращающейся восьмигранной зеркаль­ной призмы Для своих измерений Майкельсон воспользо­вался двумя горными вершинами: Антонио и Вильсон (в Калифорнии), расстояние между кото­рыми (35,426 км) было тщательно измерено. На вершине горы Вильсон был установлен сильный источник 5, свет от которого, проходя через щель, падал на восьмигранную зеркальную призму А. От­раженный от зеркальной грани призмы свет попадал на вогнутое зеркало В, установленное на вершине горы Антонио. Далее свет падал на зеркало т и, отражаясь от него, падал на другую точку зеркала В, после чего попадал на вторую грань зеркальной приз­мы А и отражался. Отраженный свет улавливался с помощью зрительной трубы С. Вышедший из щели свет мог попасть в зри­тельную трубу только при том условии, если за время распростра­нения света с одной горы на другую и обратно в расположении зеркал ничего не изменилось.

Зеркальная призма А при помощи мотора приводилась во вращение, причем скорость мотора регулировалась так, чтобы че­рез зрительную трубу щель S была видна непрерывно. Это могло быть только при том условии, если за время поворота призмы на 1/8 оборота свет проходил путь, равный двойному расстоянию между вершинами гор. Зная число оборотов зеркала в секунду и пройденный светом путь, Майкельсон нашел, что скорость света в воздухе

Скорость света в различных веществах, как показывают опыты, неодинакова. В воде, например, скорость света около 225000 км/с, в стекле около 200000 км/с.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Электромагнитная природа света

Свет являет собой электромагнитные волны определенного спектра частоты, который виден человеческому глазу и представлен длиной волны в промежутке 0,4 — 0,76 мкм. Каждому цвету световой волны соответствует определенное значение длины. При изменении длины волны изменяется окраска света. С увеличением длины волны цвет изменяется в следующем порядке:

• фиолетовый;
• синий;
• голубой;
• зеленый;
• желтый;
• оранжевый;
• красный.

Свет фиолетового цвета, соответствующий минимальной длине видимого спектра электромагнитной волны, называется фиолетовой границей спектра. Красный цвет, соответствующий максимальной длине видимой волны, — это красная граница. У естественного света нет цвета, он являет собой совокупность электромагнитных волн всего видимого спектра.

Свет как электромагнитная волна

Источником естественного света есть атомы, которые в возбужденном состоянии испускают электромагнитные волны. Причины такого состояния атомов бывают самыми разными: электромагнитное, тепловое, химическое и прочее воздействие. После данного воздействия в возбужденном состоянии атомы испускают волны приблизительно 8-10 секунд. Так как излучаемый диапазон электромагнитных волн атомов достаточно обширен, они излучают весь спектр видимых волн. При этом начальная фаза, поляризация и направление совершенно случайны. По этой причине естественный свет не является поляризованным.

Не нашли то, что искали?

Попробуйте обратиться за помощью к преподавателям

Так как свет имеет природу электромагнитной волны, то оптическая физика базируется на уравнениях Максвелла и всех выражениях, вытекающих из них. Согласно теории Максвелла:

\( = \sqrt<ξμ>=n,\)
где \(C\) и \(V\) — скорость света соответственно в магнитной и электрической среде;

\(ξ\) и \(μ\) — диэлектрическая и магнитная проницаемость вакуума.

Данное выражение показывает зависимость между магнитными, электрическими и оптическими постоянными среды. Согласно теории Максвелла \(ξ\) и \(μ\) не зависимы от длины волн света, по этой причине теория электромагнитных волн не в состоянии разъяснить явление дисперсии, а именно связь между преломлением и длиной волны света.

От величины показателя преломления зависит оптическая плотность вещества.

Взаимосвязь длины волны и показателя n показана следующим выражением:

где \(λ_0\) — длина волны в вакууме.

Когерентность и суммирование колебаний

Когерентностью называют коррелированность двух и более волновых процессов во времени, что имеет место при их суммировании. Когерентными считаются такие колебания, у которых разность фаз является постоянной величиной и результатом суммирования которых является колебание с той же частотой.

В классической волновой оптике исследуются линейные среды, то есть диэлектрическая и магнитная проницаемости которых не зависимы от интенсивности света. По этой причине в волновой оптике будет действовать принцип суперпозиции. Поведение световых волн в нелинейных средах исследует нелинейная оптика.

Нелинейные оптические явления значительно выражены при высокой интенсивности света, излучаемого, к примеру, лазерами. Если рассмотреть две волны с равной частотой, что наложены одна на другую и возбуждают колебания в одном направления, то амплитуда суммарного колебания определится таким образом:

\(A^2=A_1^2+A_2^2+2A_1 A_2 cosσ,\)

где \(σ=α_2-α_1\) – разность фаз волновых колебаний;

\( A_1 cosωt+α_1\) – параметры одной волны;

\( A_2 cosωt+α_2\) – параметры другой волны.

Когерентными есть волны, разность фаз колебаний которых σ постоянна.

Интерференция волн света

Интерференция света состоит в том, что при наложении световых волн одна на другую отсутствует суммирование их интенсивности. Обязательным условием интерференции является когерентность волн света. Такому условию соответствуют монохроматические волны с одинаковой частотой и распространяются в закрытом объеме.

Сложно разобраться самому?

Попробуйте обратиться за помощью к преподавателям

Так как на практике источники света не вырабатывают монохроматические волны, то все волны в природе некогерентные. Так как электромагнитные волны поперечные, то для получения интерферентной картины недостаточно, чтобы они были когерентными. Как говорилось выше, длительность излучения волны атомом, находится в возбужденном состоянии, составляет 8-10 секунд, за это время атом использует лишнюю энергию на процесс излучения, после чего излучение заканчивается, так как атом становится в свое нормальное состояние. Через какое-то время атом опять возбуждается по причине какого-либо воздействия на него, и снова излучает волны. Такое периодически прерываемое испускание света свойственно всем источникам света, вне зависимости от их характеристик и возбудителей атомов.

Оптическая длина пути

Допустим, разделение света на две когерентные волны осуществляется в заданной точке \(O\) . К точке \(M\) , в которой наблюдается картина интерференции, одна волна преодолела путь \(S_1\) в среде \(n_1\) , а другая волна – путь \(S_2\) в среде \(n_2\) . Фаза колебаний в начальной точке \(O\) будет равняться \(ωt\) , а в точке \(M\) одна волна возбудит колебание:

где \(V_1= \) и \(V_2= \) — фазовая скорость одной и другой волны.

Оптической длиной волны \(L\) есть произведение геометрического расстояния пути волны света S на величину преломления среды.
Оптической разностью хода есть разность оптических длин \(δ=L_2-L_1.\)

Когда оптическая разность хода равняется целому числу волн в вакууме \(δ=mλ_0 \) \((m=0,1,2…),\) тогда \(σ=2mπ,\) а колебания в точке \(M\) осуществляются в одной фазе. Это является максимумом. Если же оптическая разность хода будет \(δ = (2m+1)<λ_0 \over 2>,\) то \(σ=(2m+1)π,\) а колебания будут осуществляться в противофазе.

Стоит отметить, что электромагнитная природа света доказана экспериментально и не подлежит сомнению. В 2009 году исследователями были разработаны методы, позволяющие с высокой точностью определить колебания магнитной части световой волны. Первым, кто доказал электромагнитную природу света, был Максвелл. Он вывел уравнение волн и смог определить скорость этих волн, которая оказалась равной величине скорости света. Это дало подтверждение того, что свет являет собой электромагнитную волну, от частоты которой зависят ее характеристики, например, цвет.

Электромагнитные волны, будь то рентгеновское излучение и радиоволна, являются суммой магнитного и электрического полей, что превращаются одно в другое, тем самым распространяясь в пространстве и времени. При этом магнитные и электрические векторы перпендикулярны между собой и к направлению перемещения данной волны.

Электромагнитная теория света

Классическая электромагнитная теория света (волновая теория света) является одной из ключевых теорий в физике, которая объясняет природу света и его взаимодействие с материей. Она устанавливает связь между электрическими и магнитными полями и распространением света как электромагнитной волны.

Основной постулат электромагнитной теории света заключается в том, что свет — это электромагнитная волна, распространяющаяся в пространстве с определенной скоростью. Эта теория была развита в результате исследований Джеймса Клерка Максвелла в 19 веке.

Учебный лабораторный стенд для изучения характеристик и схем подключения различных электрических источников света

В основе электромагнитной теории света лежат следующие ключевые идеи:

• Все заряженные частицы, будь то электроны или протоны, создают электрическое поле вокруг себя. Это электрическое поле описывается величиной, называемой электрическим зарядом. Изменения в электрическом поле вызывают электрические силы и взаимодействия между заряженными частицами.
• Ток, который представляет движение заряженных частиц, создает магнитное поле вокруг проводника. Магнитное поле порождается изменением электрического поля и взаимодействует с другими магнитными полями и заряженными частицами.
• Максвелл установил, что электрическое поле изменяется в пространстве и времени, вызывая появление магнитного поля. В свою очередь, изменения в магнитном поле порождают электрическое поле. Таким образом, электрические и магнитные поля взаимосвязаны и взаимодействуют друг с другом.
• По мере распространения электрических и магнитных полей в пространстве они создают электромагнитную волну, которая является переносчиком электромагнитной энергии и информации.
• Электромагнитные волны могут иметь различные частоты и длины волн, и их поведение определяется уравнениями Максвелла, которые описывают взаимодействие электрических и магнитных полей (смотрите — История открытия электромагнитного и его физические свойства).

Важным результатом электромагнитной теории света является вывод о том, что свет является электромагнитной волной. Световые волны могут распространяться в вакууме со скоростью света, которая составляет примерно 299 792 458 метров в секунду. Они могут иметь различные длины волн, что определяет их цветовые свойства.

Свет — это электромагнитное излучение, видимое для человеческого глаза. Он состоит из маленьких энергетических частиц, называемых фотонами, которые распространяются в виде волн. Свет имеет волновую природу, и его волны распространяются в пространстве, подобно волнам на воде. Свет возникает, когда электроны в атомах или молекулах переходят на более высокие или более низкие энергетические уровни. Когда электроны возвращаются на свои исходные энергетические уровни, они испускают энергию в виде фотонов света определенной длины волны.

С помощью электромагнитной теории света можно объяснить множество явлений, связанных со светом и его взаимодействием с материей. Например, отражение и преломление света, дисперсия (распределение света по спектру) и интерференция (взаимодействие волн) могут быть объяснены с помощью электромагнитной теории света.

Электромагнитная теория света позволяет понять различные оптические явления и она является основой для развития различных областей науки и техники, связанных с использованием света, включая оптические приборы, лазеры, оптоволокно и фотонику.

Подключение натриевой лампы высокого давления

Классическая электромагнитная теория света (волновая теория света) играет важную роль в понимании и объяснении природы света и его взаимодействия с окружающим миром. Она предоставляет фундаментальную основу для развития светотехники, светодизайна, оптики, фотоники и других дисциплин, связанных с изучением и применением света.

Как связаны электромагнитная теория света и электрическое освещение

Электромагнитная теория света является основой для понимания и объяснения явлений, связанных с распространением света и его взаимодействием с материей.

Она описывает свет как электромагнитную волну, которая состоит из электрического и магнитного поля, колеблющихся перпендикулярно друг другу и распространяющихся в пространстве.

Электрическое освещение, в свою очередь, является процессом использования искусственного света для освещения помещений, объектов и поверхностей. Оно играет важную роль в нашей повседневной жизни, обеспечивая нам комфортное и безопасное окружение.

Связь между электромагнитной теорией света и электрическим освещением заключается в том, что электрический ток, протекающий через проводники, создает электрическое поле, которое в свою очередь взаимодействует с электромагнитными волнами и их распространением.

Учебный лабораторный стенд для изучения схем подключения бытовых источников света, электрических розеток и выключателей

В электрическом освещении применяются различные источники света, такие как лампы накаливания, люминесцентные лампы, газоразрядные лампы высокого давления, светодиоды и т.д. Все они основаны на использовании электрического тока, который приводит к излучению энергии в виде световых волн.

Например, в случае лампы накаливания, электрический ток протекает через нить накаливания, нагревая ее до высокой температуры и вызывая излучение видимого света.

В случае светодиодов, электрический ток приводит к электронным переходам в полупроводниковом материале, что вызывает излучение света определенной длины волны.

Таким образом, электромагнитная теория света обеспечивает физическое объяснение процессов, связанных с электрическим освещением. Она помогает понять, как источники света, светотехнические приборы и другие компоненты системы освещения взаимодействуют между собой и с окружающей средой, чтобы создать нужную освещенность и обеспечить качественные показатели освещения.

А здесь смотрите что такое свет подробно с примерами и картинками: Физическая природа света и цвета

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Электромагнитная природа света

Световые лучи не похожи на электрическое поле вокруг наэлектризованных предметов или магнитное поле вокруг магнита. Однако, на самом деле, в этих явлениях немало общего. Поговорим кратко об электромагнитной природе света.

Свет и волновые явления

И.Ньютон открыл явление дисперсии света, и установил, что белый свет представляет собой смесь различных оттенков. Еще одним важным открытием в этой области было обнаружение так называемых «колец Ньютона» – появление темных радужных колец вокруг точки соприкосновения зеркала и линзы.

Рис. 1. Кольца Ньютона.

Кроме того, многие исследователи изучали радужные узоры, образующиеся на тонких пленках – в каплях масла на воде или в воздушных пузырях. Однако, объяснить эти явления удалось только лишь в начале XIXв Т. Юнгу. Гениальная догадка этого физика состоит в том, что свет имеет волновой характер. И для него должны выполняться все явления, присущие волнам. В частности, радужная картина – это результат интерференции (результата сложения двух волн, приходящих в разных фазах).

Рис. 2. Длины световых волн.

Электромагнитная теория света

К середине XIXв были открыты электромагнитные волны и разработана теория электромагнетизма Дж. Максвелла. Из этой теории следовало, что электромагнитные волны являются поперечными, и распространяются не мгновенно, а с конечной, хотя и очень большой скоростью. Как раз к этому времени стало накапливаться все больше фактов, что свет также является поперечной волной (хотя, сам Т. Юнг считал свет волной продольной). Кроме того, обнаружилось, что электромагнитные волны проявляют все волновые свойства точно так же, как световые, и имеют ту же скорость. Наконец, к концу XIXв было установлено, что световые волны возбуждаются заряженными частицами (переходами электронов на разные энергетические уровни внутри атомов вещества) точно так же, как и другие электромагнитные волны. Была полностью установлена электромагнитная природа света, и создана теория, описывающая световые явления.

Свет, как и любая электромагнитная волна представляет собой распространяющуюся в пространстве структуру электрических и магнитных вихревых полей, поддерживающих друг друга. Живые ткани очень слабо реагируют на магнитное поле. Как показали специальные опыты, ощущение освещенности на сетчатке вызывает только электрическая составляющая световых волн.

Рис. 3. Восприятие света и цвета глазом.

Что мы узнали?

Свет проявляет ряд волновых признаков, что позволило доказать его волновую природу, а ряд совпадений с поведением электромагнитных волн позволил описать все световые явления в рамках электромагнитной теории Максвелла к середине XIX в.