165. Енергія світлової хвилі. Вектор Пойтінга.

Випромінювання і поглинання світла відбувається квантами: фотонами, енергія яких залежить від частоти: INCLUDEPICTURE "http://upload.wikimedia.org/math/8/f/b/8fb5e18961a038bdb14cd83ff57c6d62.png" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://upload.wikimedia.org/math/8/f/b/8fb5e18961a038bdb14cd83ff57c6d62.png" \* MERGEFORMATINET де E — енергія кванта, INCLUDEPICTURE "http://upload.wikimedia.org/math/7/3/6/7368318dd3647eb6bbf6afaf6d26c48d.png" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://upload.wikimedia.org/math/7/3/6/7368318dd3647eb6bbf6afaf6d26c48d.png" \* MERGEFORMATINET  — частота, h — стала Планка, яка дорівнює 6,6*10^(-34)Дж*с

Електромагнітне поле має енергію. Тому поширення електромагнітних хвиль пов’язане з перенесенням енергій в полі. Об’ємна густина енергії електромагнітної хвилі складається з об’ємних густин і електричного, і магнітних полів:

Т ак як , отримаємо, що густина енергії електричного і магнітного полів в кожен момент часу однакова, тобто . Тому отримуємо вираз Помноживши густину енергії w на швидкість поширення хвилі в середовищі, отримаємо модуль густини потоку енергії, який числово дорівнює енергії, яку переносить хвиля за одиницю часу через одиницю площі поверхні, що розміщена перпендикулярно до напрямку поширення хвилі: Оскільки вектори і взаємно перпендикулярні і утворюють з напрямком поширення хвилі правогвинтову систему, то напрямок вектора збігається з напрямком переносу енергій, а модуль цього вектора дорівнює EH. Отже, вектор густини потоку енергії електромагнітної хвилі, який називається вектором Умова – Пойтінга, дорівнює: .

166. Принцип Ферма розповсюдження світлових хвиль. Закони від­биття та заломлення світлових хвиль.

В оптично однорідному середовищі світло поширюється прямолінійно, тобто найкоротшим шляхом. При проходженні світла з одних середовищ в інші, як ми бачили, воно заломлюється і відбивається на їхніх межах, тобто шлях його стає ламаним. У неоднорідних середовищах, де коефіцієнт заломлення n неперервно змінюється, світлові промені викривлюються. Шлях, по якому поширюється світло в неоднорідному середовищі, можна визначити, керуючись принципом, встановленим 1662 р. французьким математиком П. Ферма

Принцип Ферма - основний принцип геометричної оптики, який стверджує, що оптична довжина реального променя, що проходить між точками та менша за оптичну довжину будь-якої іншої кривої, яку можна провести між цими двома точками.

,

де n - показник заломлення, мінімальний для реального променя.

Інше формулювання полягає в тому, що промінь обирає таку траєкторію, щоб затратити найменший час на подолання віддалі між двома точками.

Відбивання світла — це зміна напряму світлової хвилі на межі двох середовищ, коли падаючий промінь і відбитий промінь знаходяться в одному середовищі.

Дзеркальне відбивання світла — це відбивання світла від ідеально плоскої поверхні за умови, коли кут відбивання за абсолютним значенням дорівнює куту падіння світлового променя.

Відбивання світла розсіяне (дифузне) — це відбивання світла від поверхні в усіх можливих напрямках. Завдяки цьому відбиванню маємо можливість бачити різні тіла, а також проекції зображення на екрані.

Перший закон відбивання світла: падаючий і відбитий промені лежать в одній площині з перпендикуляром до відбивної поверхні, опущеним у точку падіння променя.

Другий закон відбивання світла: кут відбивання дорівнює куту падіння промен INCLUDEPICTURE "http://subject.com.ua/physics/junior/junior.files/image171.jpg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://subject.com.ua/physics/junior/junior.files/image171.jpg" \* MERGEFORMATINET я

Заломлення світла — це зміна напряму поширення світла при його переході через межу поділу двох середовищ.

Перший закон заломлення світла: падаючий і заломлений промінь лежать в одній площині з перпендикуляром, проведеним у точку падіння променя до площини поділу двох середовищ. Другий закон заломлення світла: залежно від того, з якого середовища в яке переходить промінь, кут заломлення має бути меншим або більшим від кута падіння.