Fale elektromagnetyczne.
a) Podstawowe własności fali elektromagnetycznej:
Fala elektromagnetyczna składa się z drgających (oscylujących) pól elektrycznych i magnetycznych. Różne możliwe częstości fal elektromagnetycznych tworzą widmo, którego małą częścią jest światło widzialne. Wartość natężenia pola elektrycznego E i indukcji pola magnetycznego B fali elektromagnetycznej rozchodzącej się wzdłuż osi x zależą od x i od t:
E=Emsin(kx − ωt) oraz B=Bmsin(kx − ωt)
Em, Bm – amplitudy E i B
Prędkość rozchodzenia się fali elektromagnetycznej w próżni:
$$\mathbf{c =}\frac{\mathbf{E}}{\mathbf{B}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{1}}{\sqrt{\mathbf{\mu}_{\mathbf{0}}\mathbf{\varepsilon}_{\mathbf{0}}}}$$
b) Szybkość przepływu energii przenoszonej przez falę elektromagnetyczną:
Szybkość ta, na jednostkową powierzchnię, dana jest przez wektor Poyntinga S:
$$\mathbf{S =}\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{\mu}_{\mathbf{0}}}\mathbf{\text{E\ }}\mathbf{x}\mathbf{\text{\ B}}$$
Kierunek S jest prostopadły do kierunku wektorów E i B. Uśredniona szybkość przepływu energii Sśr nazywa się natężeniem fali:
$$\mathbf{I =}\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{c}\mathbf{\mu}_{\mathbf{0}}}\mathbf{E}_{\mathbf{sr}}^{\mathbf{2}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{c}\mathbf{\mu}_{\mathbf{0}}}\left( \frac{\mathbf{E}_{\mathbf{m}}}{\sqrt{\mathbf{2}}} \right)^{\mathbf{2}}$$
Punktowe źródło fal elektromagnetycznych emituje fale izotropowo. Natężenie fali w odległości r od źródła mocy Pźr jest równe:
$$\mathbf{I =}\frac{\mathbf{P}_{\mathbf{zr}}}{\mathbf{4}\mathbf{\pi}\mathbf{r}^{\mathbf{2}}}$$
c) Ciśnienie fali elektromagnetycznej:
Fale elektromagnetyczne mają energię oraz pęd, zatem oświetlając jakieś ciało wywieramy na nie ciśnienie, choć jest ono na tyle małe, że pomija się je w skali makroskopowej. Ciśnienie promieniowania wyraża się dwoma wzorami:
$${\mathbf{P}_{\mathbf{p}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{I}}{\mathbf{c}}\ - dla\ calkowitej\ absorpcji\backslash n}{\mathbf{P}_{\mathbf{p}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{2}\mathbf{I}}{\mathbf{c}} - dla\ calkowitego\ odbicia\ wstecznego}$$
Interferencja fali elektromagnetycznej. Prążki interferencyjne.
Interferencja to zjawisko powstania nowego, przestrzennego rozkładu amplitudy fali (wzmocnienia i wygaszenia) w wyniku nakładania się (superpozycji) fal. Warunkami trwałej interferencji fal jest ich spójność, czyli korelacja faz i częstotliwości.
Zasada Huygensa:
„Wszystkie punkty czoła fali zachowują się jak punktowe źródła elementarnych kulistych fal wtórnych. Po czasie t nowe położenie czoła fali jest wyznaczone przez powierzchnię styczną do powierzchni fal wtórnych”.
Prążki interferencyjne powstają w wyniku umieszczania na drodze światła (np. dwóch interferencyjnych fal) ekranu, na który to światło będzie padało. Na ekranie można wtedy zaobserwować szereg jasnych kresek (prążków interferencyjnych). Odpowiadają one maksimom interferencji. Całość nazywa się obrazem interferencyjnym. Eksperyment, który udowodnił istnienie interferencji nazywa się „doświadczeniem interferencyjnym Younga”.
Oświetlenie w każdym punkcie ekranu w doświadczeniu interferencyjnym Younga z dwiema szczelinami jest określone przez różnicę dróg ∆l, jakie przebywają promienie świetlne docierające do tego punktu.
Dyfrakcja promieniowania X na materiach krystalicznych. Warunek wystąpienia maksimów interferencyjnych (prawo Bragga).
Regularnie uszeregowane atomy w krysztale stanowią trójwymiarową siatkę dyfrakcyjną dla promieniowania o małych długościach fal (np. promieniowanie rentgenowskie). W celu analizy dyfrakcji atomy kryształu można uporządkować w płaszczyznach o odległości międzypłaszczyznowej d. Maksima interferencyjne pojawiają się gdy spełniony zostanie warunek Bragga:
z sinφ = mλ
m = 1,2,3..., λ – długość fali promieniowania