Изотропных средах

Однородная изотропная среда характеризуется диэлектрической проницаемостью e и магнитной проницаемостью m. Будем считать эти параметры независимыми ни от координат, ни от времени.

Электромагнитные волны рассматривались до сих пор в вакууме. Если же заменить e ₀ на e, то можем пользоваться уравнениями Максвелла и использовать все свойства электромагнитных волн, которые были получены для вакуума. Введем относительную диэлектрическую проницаемость e_r = e / e ₀, тогда

,

где υ - скорость света в веществе. Обозначив (коэффициент преломления вещества относительно вакуума или просто коэффициент (показатель) преломления), можно записать υ = c / n.

Диэлектрическая проницаемость e определяет поляризацию вещества во внешнем электрическом поле или в поле внешней волны. Поляризация происходит в результате смещения электронов вещества в электрическом поле электромагнитных волн. Электрон имеет малую массу и малоинерционен.

Намагниченностью среды или ориентацией магнитных моментов, которые могут иметь атомы вещества в магнитном поле световой волны, характеризуются магнитные свойства вещества. Но учитывая, что масса атомов и молекул намного больше массы электронов и что световые поля высокочастотны, то ориентация магнитных моментов в световом поле невозможна и практически всегда для оптических задач магнитная проницаемость вещества равна единице.

Электромагнитные волны в диэлектриках аналогичны волнам в вакууме. Нет необходимости повторять ранее сказанное. Отметим лишь изменения:

1) длина волны l связана с частотой w соотношением .

2) волновое число дается выражением .

3) в диэлектрике связь между вектором электрического смещения и напряженностью электрического поля задается формулой , где

– электрический дипольный момент, наведенный световой волной в единице объема или поляризованность вещества; – коэффициент поляризуемости; – диэлектрическая восприимчивость; – число частиц в единице объема.

4) плотность потока энергии, переносимой волной, задается вектором Умова-Пойнтинга , модуль которого для вакуума и для вещества, т.е.

5) в диэлектрике объемная плотность энергии электромагнитного поля выражается формулой;

, т.к. ; . Тогда , т.е. понятен смысл численного значения вектора Умова-Пойнтинга. Для среднего по времени значения S получим , где E ₀ – амплитуда напряженности электрического поля волны.

Мы условимся в дальнейшем величину называть интенсивностью световой волны.