Электромагнитные колебания и волны

Электромагнитные колебания — периодические изменения напряженности электрического поля и индукции магнитного поля . Колебательный контур состоит из катушки индуктивности и конденсатора. В колебательном контуре происходит периодическое изменение заряда конденсатора (напряженности электрического поля) и силы тока в катушке (индукции магнитного поля).

В процессе электромагнитных колебаний энергия электрического поля конденсатора переходит в энергию магнитного поля катушки и наоборот. При этом выполняется закон сохранения энергии.

q = Q cos(w t+ j ₀), Q — амплитуда заряда,

i= I sin(w t+ j ₀), I — амплитуда силы тока.

Рис. 19		- период свободных колебаний, - циклическая частота колебаний, - закон сохранения энергии в контуре.

Вынужденные электромагнитные колебания происходят под действием внешней электродвижущей силы (ЭДС).

Резонанс в электрической цепи (контуре) — явление резкого возрастания амплитуды напряжения или силы тока при совпадении частоты внешней ЭДС с частотой свободных колебаний в контуре.

Частота внешней ЭДС, при которой наблюдается резонанс, называется резонансной частотой w_рез. Круговая резонансная частота равна круговой частоте свободных колебаний контура:

Электромагнитная волна - электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве.

Скорость распространения электромагнитной волны в веществе зависит от его электрических и магнитных свойств.

Скорость распространения электромагнитной волны в вакууме равна:

с = 3×10⁸ м/с

Свойства электромагнитных волн.

1) Электромагнитные волны являются поперечными волнами, так как векторы напряженности электрического поля и индукции магнитного поля колеблются перпендикулярно направлению распространения волны.

2) Электромагнитные волны отражаются от металлических поверхностей, отражаются и преломляются на границе раздела двух диэлектриков.

2.12. Геометрическая оптика

Оптика — раздел физики, изучающий явления, связанные с излучением, распространением и взаимодействием с веществом света.

В геометрической оптике свет — это совокупность световых лучей.

Световой луч указывает направление распространения светового потока.

В оптически однородной прозрачной среде свет распространяется прямолинейно с постоянной для данной среды скоростью.

В вакууме скорость света с = 3×10⁸м/с.

Абсолютный показатель преломления n вещества показывает, во сколько раз скорость света с в вакууме больше скорости света в данном веществе:

Скорость света в веществе равна = с / n.

Относительный показатель преломления n ₂₁ второй среды относительно первой равен отношению абсолютных показателей преломления n ₂ и n ₁ соответственно второй и первой среды:

где — скорость света в первом веществе; — скорость света во втором веществе.

Отражение света.

Свет полностью отражается от зеркальной поверхности и частично отражается от границы раздела двух прозрачных веществ.

Закон отражения:

1) Падающий луч, отраженный луч и перпендикуляр к границе раздела двух сред лежат в одной плоскости.

2) Угол падения равен углу отражения:

a = b.

Преломление света.

Свет преломляется на границе раздела двух прозрачных веществ.

Закон преломления:

1) Падающий луч, преломленный луч и перпендикуляр к границе раздела двух сред лежат в одной плоскости.

2) Отношение синуса угла падения aк синусу угла преломления g равно относительному показателю преломления данных двух сред (закон Снеллиуса):

;

		a = b; ;
Рис. 20

Полное отражение.

Если относительный показатель преломления n ₂₁ < 1, то при некотором предельном угле падения a_пред. угол преломления будет равен g = 90°. В этом случае преломленного луча во второй среде нет. Это явление называется полным отражением.

Предельный угол падения a_пред., при котором наблюдается явление полного отражения, равен:

a_пред. = arcsin n ₂₁.

Изображение точки называется действительным, если в этой точке пересекаются лучи светового пучка и мнимым, если в ней пересекаются продолжения этих лучей.

Построение изображений в плоском зеркале основано на законах отражения:

	Рис. 21

С - источник света, С₁ - мнимое изображение точки С. Положение изображения С ₁ определяется пересечением продолжения любых двух лучей, попадающих в глаз. Причем СО = ОС ₁

Линза — прозрачное тело, ограниченное с одной или двух сторон сферическими поверхностями.

а) Главная оптическая ось линзы — прямая, проходящая через центры кривизны сферических поверхностей.

б) Оптический центр линзы — точка линзы, проходя через которую, лучи не преломляются.

в) Световые лучи, распространяющиеся параллельно главной оптической оси, пройдя сквозь линзу, пересекаются в точке F, лежащей на главной оптической оси и называемой главным фокусом линзы (рис. 22).

Сферическая линза имеет два главных фокуса.

Фокусное расстояние линзы f — расстояние от оптического центра O линзы до ее главного фокуса F. Фокусное расстояние собирающей линзы положительное, рассеивающей — отрицательное.

Оптическая сила линзы D (дптр)- величина, обратная фокусному расстоянию. У собирающей линзы оптическая сила положительная, у рассеивающей - отрицательная.

D = 1/ f

	Рис. 22

Тонкая линза – линза, толщина которой много меньше фокусного расстояния.

Формула тонкой линзы.

Фокусное расстояние f тонкой линзы можно рассчитать по формуле:

,

где а — расстояние от предмета до линзы, b — расстояние от линзы до изображения, знак "+" — для собирающей и знак "–" — для рассеивающей линзы.

Линейное увеличение Г равно отношению высоты изображения H к высоте предмета h.

Для построения изображения в тонкой собирающей линзе используются два луча (рис 23):

1) Луч 1, проходящий без преломления через оптический центр O линзы;

2) Луч 2, падающий на линзу параллельно главной оптической оси и проходящий (после преломления в линзе) через главный фокус F.

	Рис. 23