PYTANIE 33 + uzupełnienie 34 ze slajdów

Pytanie następn 34 -to wypr. z wykładu z prof. Mitusiem jest w sumie udowodnieniem tego pytania:] (plus wykład 6 str 15

Chyba o to chodzi (wykład 6 str 14):

Fala poprzeczna jest to fala, w której kierunek drgań cząstek ośrodka jest prostopadły do kierunku rozchodzenia się fali.

Fale elektromagnetyczne są falami poprzecznymi.

(fala elektromagnetyczna) rozchodzące się w przestrzeni zaburzenie pola elektromagnetycznego, zaburzenie to ma charakter fali poprzecznej w której składowa elektryczna i magnetyczna są prostopadłe do siebie i kierunku ruchu, nawzajem się przekształcają. Zmieniające się pole elektryczne wytwarza pole magnetyczne, a zmieniające się pole magnetyczne wytwarza pole elektryczne. Źródłem pola EM jest drgający lub przyspieszany ładunek elektryczny.

1. Istnienie fali elektromagnetycznej przewidział James Clerk Maxwell, wysłania i odbioru fal elektromagnetycznych dokonał Heinrich Hertz.

Z równań Maxwella w przestrzeni nie zawierającej ładunków (w próżni) wynika:

gdzie

H - natężenie pola magnetycznego,

E - natężenie pola elektrycznego

Równania te są liniowymi równaniami różniczkowymi fali rozchodzącej się z prędkością
. Gdzie:
to przenikalność elektryczna, a μ to przenikalność magnetyczna. Prędkość ta jest równa prędkości światła w próżni
. Rozwiązanie tych równań dla fali płaskiej biegnącej w kierunku x prowadzi do równań:

gdzie

E₀ - amplituda natężenia pola elektrycznego,

H₀ - amplituda natężenia pola magnetycznego,

ν - częstotliwość fali elektromagnetycznej,

λ - długość fali.

Równania Maxwella i ich rozwiązanie pozwoliło połączyć pole elektryczne i magnetyczne w jedno pole elektromagnetyczne i pokazało bezpośredni związek tego pola ze światłem.

2. Promieniowanie elektromagnetyczne, choć jest falą, jak wynika z równań Maxwella, jest równocześnie strumieniem kwantów - fotonów. Im mniejsza długość fali, tym bardziej ujawnia cząsteczkowa natura promieniowania elektromagnetycznego. Energia kwantu zależy od długości fali zgodnie ze wzorem:

.

W skrócie słownie:

Zmiany pola elektromagnetycznego! Każda zmiana pola elektrycznego wytwarza pole magnetyczne; każda zmiana tego pola magnetycznego wytwarza pole elektryczne; każda zmiana tego..., i tak dalej. Ponieważ pole reprezentuje energię, wszystkie te zmiany, rozchodząc się w przestrzeni z określoną prędkością, wytwarzają falę. Z teorii wynika, że elektryczne i magnetyczne linie sił leżą zawsze w płaszczyznach prostopadłych do kierunku rozchodzenia się fali. Wytworzona fala jest więc falą poprzeczną. Pierwotne cechy obrazu pola, który wytworzyliśmy sobie na podstawie doświadczeń Oersteda i Faradaya, pozostają nie zmienione, ale teraz widzimy, że obraz ten ma głębsze znaczenie.

Na przykładzie światła:

Światło jest falą elektromagnetyczną poprzeczną, to znaczy, że oscylacje pola elektrycznego i magnetycznego są prostopadłe do kierunku rozchodzenia się fali, czyli do kierunku rozchodzenia się wiązki światła. Dodatkowo, wektor pola elektrycznego i magnetycznego sa wzajemnie prostopadłe.
Dla niezbyt obeznanych z fizyką wyjaśnimy, na bardziej przyziemnym przykładzie, na czym polega fala poprzeczna. Weźmy kilku metrowy sznur przywiążmy go z jednej strony do drzewa a z drugiej lekko naciągnijmy ręką.
Teraz drugą ręką uderzamy krótko w sznur, pionowo w dół. Powstaje wgłębienie, które przesuwa się od nas w stronę umocowania sznura.
To jest klasyczna fala poprzeczna. Drgania (przemieszczenia) elementów sznura odbywają się prostopadle do obserwowanego kierunku przesuwania się naszej fali.
Tak wytworzona fala jest falą spolaryzowaną pionowo, gdyż drgania odbywają się w jednej, pionowej, płaszczyźnie.
Wyobraźmy sobie, że w jakimś miejscu tego sznura mocujemy kawałek tektury z podłużną, wąską (o szerkości nieco większej od grubości sznura) szczeliną. Rozpatrzmy dwie skrajne sytuacje.

• Jeżeli ustawimy naszą szczelinę pionowo, to fala wywołana uderzeniem ręki (w kierunku pionowym) przejdzie przez tę szczelinę.

• Jeżeli ustawimu szczelinę poziomo, to fala zostanie bardzo mocno stłumiona w momencie przechodzenia przez szczelinę.

Na światło możemy patrzeć jak na fale, w której drgania odbywają sie we wszystkich możliwych kierunkach prostopadłych do kierunku rozchodzenia się. Takie światło jest światłem nie spolaryzowanym.
Jeżeli na drodze wiązki takiego świtła ustawimy "coś" co spełnia rolę owej szpary w tekturze dla fali na sznurku, to po przejściu przez tę "przeszkodę" światło będzie spolaryzowane, gdyż ów polaryzator przepuści tylko drgania w jednej płaszczyźnie. Natężenie światła spolaryzowanego jest, oczywiście, mniejsze od światła padającego na polaryzator.
Okazuje się, że światło odbite od różnego rodzaju obiektów może być spolaryzowane. Klasycznym przykładem jest światło odbite od powierzchni wody. Takie światło jest spolaryzowane poziom, czyli drgania pola elektrycznego (to pole daje efekt widzenia światła) odbywają się w płaszczyźnie poziomej. Polaryzacja przez odbicie od wody nie jest zupełna, a więc drgania w innych płaszczyznach nie są całkowicie wyeliminowane lecz mocno wytłumione. I teraz możemy przejść do sedna sprawy.

Ad PYTANIE 34 ze slajdów

---