Электромагнитные волны в материальной среде

При рассмотрении распространения электромагнитных волн в материальной среде было принято, что скорость их распространения не зависит от состояния поляризации, так как речь [c.82]

Д. 9. Электромагнитные волны в материальной среде [c.493]

Таким образом, электрический вектор Е или D) в кристалле в известном смысле является главным. Это и понятно, так как именно он определяет электрическую поляризацию среды, а возбуждение последней составляет сущность процесса распространения электромагнитных волн в материальных средах. [c.457]

После создания мощных квантовых генераторов на оптических частотах (лазеров) возникла и в последние годы бурно развивается самостоятельная область исследований — нелинейная оптика. Понятие нелинейная оптика охватывает все явления в области высоких (оптических) частот, связанные с нелинейностью материальных уравнений в системе уравнений Максвелла. Большой интерес к этому разделу физики объясняется многими причинами. Нелинейная оптика создала новые возможности для изучения поведения ядер, атомов, молекул и твердых тел в электрических полях высокой напряженности. Кроме того, были найдены новые применения теории излучения и сформулированы законы распространения электромагнитных волн в нелинейных средах. Лазеры нашли необычайно широкие применения в самых различных областях науки и техники. При помощи нелинейных оптических эффектов можно получить новую информацию об отдельных атомах и молекулах и об их взаимодействии в плотных средах. На основании различных нелинейных оптических эффектов удалось создать новые когерентные источники света высокой интенсивности, частично с перестраиваемыми частотами. Кроме того, методы нелинейной оптики могут служить основой для развития других нелинейных теорий. [c.8]

Особенности распространения электромагнитных волн в анизотропной среде (как и в любой другой материальной среде) определяются специфической формой материальных уравнений. В случае анизотропных сред эти уравнения для гармонических во времени полей имеют вид [c.103]

Возникновение вторичных электромагнитных волн в веществе приводит также к процессу рассеяния излучения материальной средой. При этом если молекулы среды равномерно распределены по объему, а расстояние между молекулами намного меньше длины волны, то излучение вторичных волн по различным направлениям должно полностью исчезать. Однако если среда является оптически неоднородной, то полного исчезновения вторичных волн вследствие их взаимной интерференции не происходит и возникает процесс рассеяния электромагнитной энергии проходящей волны по различным направлениям. Причины возникновения оптической неоднородности среды могут быть различными. В абсолютно чистой среде оптические неоднородности могут возникать за счет флюктуаций плотности вещества. В мутных средах (коллоидные растворы, суспензии, эмульсии и пр.) оптическая неоднородность нарушается за счет присутствия частиц с отличающимися оптическими свойствами. [c.33]

Микроскопическая теория исходит из некоторой идеализированной модели строения вещества. Наибольшей простотой отличается модель газообразной среды, так как для нее в первом приближении можно не учитывать взаимодействие атомов или молекул и, кроме того, считать, что действующее на отдельный атом поле совпадает со средним полем электромагнитной волны. В таких условиях для получения макроскопического материального уравнения достаточно рассмотреть действие поля волны на изолированный атом. [c.83]

Распространение электромагнитных волн в однородной диэлектрической среде в отсутствие зарядов и токов описывается уравнениями Максвелла (1.1.1)—(1.1.4) наряду с материальными уравнениями (1.1.6) и (1.2.3). Обратите внимание на то, что в нестационарном случае d/dt Ф 0) последние два уравнения Максвелла (1.1.3) и (1.1.4) являются следствиями первых двух, что можно сразу доказать, применяя оператор V к обеим частям уравнений (1.1.1) и (1.1.2) и используя векторное тождество (А. 15) (см. приложение А в конце книги). Поэтому в дальнейшем достаточно будет рассматривать лишь уравнения [c.584]

Электрооптические эффекты наблюдаются в неподвижных материалах, помещенных в сильное стационарное электрическое поле, когда по такому фоновому состоянию (отличающемуся от естественного в отсутствие поля) пропускается электромагнитная волна (свет), К таким эффектам относится электрический эффект Керра (используемый в так называемых ячейках Керра). Очевидно, существование таких эффектов в материальной среде свидетельствует, что уравнения для электромагнитного поля в этой материальной среде в отличие от подобных уравнений в вакууме нелинейны, так как сумма двух решений не является решением. [c.64]

Дисперсионные эффекты очень часто проявляются при распространении электромагнитных волн. В гл. I рассматривались электромагнитные волны без учета дисперсионных свойств среды. Покажем, как видоизменяются исходные уравнения при учете этих свойств. Система уравнений Максвелла (4.1)—(4.4) сохраняет свой вид, поскольку она описывает электромагнитное поле в отсутствие внешних источников в любой материальной среде. Свойства среды должны быть учтены в материальных уравнениях [c.57]

Именно в результате макроскопического усреднения материальные свойства тел не зависят от их формы и размеров. Таким образом, макроскопическое усреднение позволяет, рассматривая распространение электромагнитных волн в макроскопических телах различных размеров и форм, оперировать с материальными параметрами, найденными для однородных безграничных сред. [c.20]

Здесь V — фазовая скорость волны, т. е. скорость, с которой поверхность равных фаз перемещается в направлении волновой нормали N. Прежде чем вводить материальное уравнение, связывающее векторы Е и О в анизотропной среде, рассмотрим те свойства электромагнитных волн, которые следуют непосредственно из уравнений (4.3). Эти свойства отражают взаимное расположение векторов О, Е, В и N [c.180]

Ультразвуковой метод контроля основан на применении ультразвуковых упругих колебаний материальной среды, частота которых лежит выше предела слышимых звуков, т. е. более 20 тысяч колебаний в секунду. При ультразвуковой дефектоскопии сварных соединений обычно применяются частоты, достигающие миллионов колебаний в секунду (1,25,0 Мгц). Физические свойства ультразвуковых волн высокой частоты близки физическим свойствам электромагнитных световых волн. Проходя через толщу металла, волны вызывают колебания его частиц и отражаются при встрече с несплошностью. [c.353]

Материальное уравнение, устанавливая связь между поляризацией и полем, позволяет замкнуть систему уравнений Максвелла и решить задачу о пространственном и временном распределении электромагнитного поля для среды с заданными свойствами и заданными, падающими извне на среду, волнами. Последние определяют граничные условия для описывающего поле внутри среды волнового уравнения, в которое сворачиваются [c.17]

Дело обстоит гораздо слоЖ1нее, когда излучение распространяется в материальной среде. С точки зрения электронной теории взаимодействие излучения и вещества заключается в воздействии электромагнитной волны на электрические заряды, входящие в состав атомов вещества. Это воздействие сводится к возбуждению колебаний электронов в такт с колебаниями проходящей через среду электромагнитной волны, в результате чего возбужденные колебания зарядов приводят к испусканию вторич нт.ьх электромагнитных волн. Для отдельного изолированного атома излучение вторичных волн той же частоты, что и падающая волна, описывается косинусоидальной диаграммой испускания по различным направлениям [Л. 15]. Вторичные волны, испускаемые соседними атомами, оказываются когерентными и интерферируют друг с другом. В результате такой интерференции излучение среды в стороны почти полностью нивелируется, а взаимная интерференция иер-вичной и вторичных волн, приводит к возникновению результирующей волны, которая распростраияется в первоначальном направлении, но с фазовой скоростью, мень-щей, чем скорость излучения в вакууме. Таким образом, следствием взаимодействия излучения е атомами и молекулами вещества является прежде всего уменьшение скорости распространения излучения в реальной среде по сравнению с вакуумом. Если при этом скорость распространения излучения в среде. меняется с частотой, то будет происходить так называемая дисперсия электромагнитных волн в данной среде. [c.32]

Как известно, при равномерном и прямолинейном движении в вакууме заряженная частица не испускает электромагнитного излучения. В материальной среде поле частицы возбуждает и поляризует атомы вещества, которые при этом становятся источниками вторичных электромагнитных волн, распространяющихся во все стороны (Гюйгенс, Френель, Лауэ). Эти вторичные волны взаимно гасят друг друга, если среда является стационарной и однородной, а скорость частицы меньше фазовой скорости волны в этой среде. В случае невыполнения хотя бы одного из этих условий полного гашения вторичных волн не происходит и возникает некоторое результирующее излучение. Это излучение принципиально отличается от тормозного излучения заряженной частицы—оно имеет место и тогда, когда частица движется с постоянной скоростью. В однородной среде это—хорошо известное излучение Вавилова—Черенкова [37.1] (см. также [60.1, 68.1, 72.1]). Когда же среда является неоднородной, например, имеет границу раздела с другой средой (в частности, с вакуумом), помимо воз-мол ного излучения Вавилова—Черенкова возникает также дополнительное излучение, обусловленное наличием неоднородности (границы), а именно переходное излучение. [c.10]

СКОРОСТЬ СВЁТА в свободном пространстве (вакууме) с, скорость распространения любых электромагнитных волн (в т. ч. световых) одна из фундам. физических постоянных представляет собой предельную скорость распространения любых физ. воздействий (см. Относительности теория) и инвариантна при переходе от одной системы отсчёта к другим. Величина с связывает массу и полную энергию материального тела через неё выражаются преобразования координат, скоростей и времени при изменении системы отсчёта Лоренца преобразования) , она входит во мн. др. соотношения. С. с. в среде с зависит от показателя преломления среды п, различного для разных частот V излучения Дисперсия света) с (v) = =с1п ). Эта зависимость приводит к отличию групповой скорости от фазовой скорости света в среде, если речь идёт не о монохроматическом свете (для С. с. в вакууме эти две величины совпадают). Экспериментально определяя с, всегда измеряют групповую С. с. либо т. н. скорость сигнала, или скорость передачи энергии, только в нек-рых спец. случаях не равную групповой. [c.692]

Главная особенность теплообмена излучением - отсутстви е непосредственного контакта между телами, т. к. для распространения электромагнитных волн не требуется материальной среды. Электромагнитные волны могут переносить энергию на достаточно большие расстояния даже в вакууме, где скорость их распространения равна скорости света. [c.53]

Испускаемая частицами всщсства электромагнитная энергия распространяется в пространстве посредством поперечных электромагнитных волн с огромной скоростью. Для распространения электромагнитных волн, как известно, не требуется наличия материальной среды. В абсолютном вакууме они перемещаются с максимальной скоростью, равной 299792,5 км/с. Таким образом,. характерными особенностями радиационного теплообмена являюгся также очень большая скорость носителей и возможность передачи теплоты от одного тела к другому при отсутствии какой-либо промежуточной среды между ними. [c.8]

Плотность излучешш. Повседневными генераторами света являются разогретые до достаточно высоких температур материальные среды, которые при этом могут быть в твердом, жидком или газообразном состоянии. Будем их все называть материальными телами или просто телами, в отличие от излучения, которое является также материальным объектом, но не телом. Все тела излучают, поглощают и отражают электромагнитные волны, однако не одинаково, и интенсивность этих процессов зависит от свойств тел, их температуры и частоты электромагнитных волн. Электромагнитное излучение в вакууме характеризуется полной объемной плотностью излучения [c.302]

Уравнения электромагнитного поля (П. 111,4) совместно с материальным уравнением (П. 111,6) представляют собой замкнутую систему, с помощью которой можно, в частности, рассмотреть задачу взаимодействия волн. Мы ограничим свое рассмотрение взаимодействием волн в однородной и стационарной среде, В этом слуаае удобно использовать разложение Фурье для тюля [c.314]

В т е о р и и Л о р е н ц а офир неподвижен и не принимает участия в движепии материальных сред. Отсюда вытекало существование абе, спстемы отсчета, связанной с неподвижным эфиром, ("ледовательно, электродинамич, явления в движущихся телах до.лжны зависеть от скорости тел в эфире. Смещение .l,ouj]epa должно быть раз.тшчным в случаях движения по отношению к эфиру наблюдателя или источника, С понятием эфира в те годы была связана не только О. д, с., а вооСще вся электродинамика. Распространение света в вакууме описывалось как упругие волны в эфире, преломление света на границе двух тел — как следствие скачка плотности эфира на границе раздела, в энергию электромагнитного поля включалась как кинетическая , так и потенциальная энергия эфира и т, д, [c.500]

При распространении сигнала в среде с пок зателем преломления п волновой вектор электромагнитной волны и ее частота удовлетворяю соотнопхению /с = (со /с ) п . В этом случае и . = = с п. Для среды с и < 1 > с. Пример тако среды — полностью ионизованная плазма, у к-ро п = 1 ine Nlmai , где е и т — заряд и масс электрона, а iV — плотность электропов в плазме В среде с n > 1 ф д = с/п < с. Одпако в этом случа возможно реальное движепие материальных части со скоростью V, большей скорости света в сред (т. е. и > с/п). Движение заряженных частиц с тако скоростью и > с/п, но у < с ) приводит к возникнс вению Черенкова излучения. [c.482]

В гл. 1 обсуждаются основные свойства электромагнитного поля и формально (с помощью обычных материальных постоянных) описывается влияние вещества на распространение электромагнитных возмущений. В 1 л. 2 развивается балее физический подход к изучению его влияния показано, что при наличии вненшего патя каждый элементарный объем среды можно считать источником вторичной (рассеянной) элементарной волны и комбинация этих волн образует наблюдаемое макроскопическое пале. Такой подход имеет важное физическое значение, н его мощь иллюстрируется в одной из последующих глав (гл. 12) при исследовании дифракции света на ультразвуковых волнах, [c.11]

Значения, указанные в табл. 1.3.2, не согласуются с формулами (13.1.160) 1ли (13.1.24). Нацример, для меди а = 5,14-101 сек , так что для свста с л и-иой волны 5893 А (v - 5 10 e i ) а/у 10 , тогда как, согласно таблице, п к - 1,57. Кроме того, изучение зависимости оптических постоянных от частоты показывает значительно более сложное поведение, чем предсказатюс нашей формулой (см. ниже, рис. 13.3). Таким образом, необходимо сделать заключение, что нян а теория не адекватна, когда ока применяется к излучению в видимой области электромагнитного спектра. Это расхождение между теорией и экспериментом, по-виднмому, не так удивительно, если вспомнить, что даже для прозрачных сред соотноптение, связывающее материальные постоянные с показателем преломления (соотношение Максвелла це п ), имеет ограниченную применимость. Объяснение аналогично данному ранее мы не находим подтверждения предположению, что е, х и о являются действительно постоянными и должны рассматривать их как функции частоты следовательно, и показатель преломления, и показатель поглощения также будут зависеть от частоты. Единственное различие в механизме дисперсии заключается в том, что в прозрачной среде дисперсия связана с вынужденными колебаниями связанных электронов, тогда как в металле она связана с вынужденными колебаниями свободных электроко 5. Мы подробно обсудим это в 13.3 здесь мы отметим лишь, что если интерпретировать е как статическую диэлектрическую проницаемость и а — как статическую проводимость, то можно ожидать, что [c.576]

Таким образом, расхождения закона Максвелла (5.10) или (5.11) с опытом происходят за счет нарушения материальных уравнений (5.2). Такие уравнения справедливы не всегда, а только для монохроматических полей, причем г и 1 являются функциями частоты электромагнитного поля, различными для различных веществ. Чтобы отметить это обстоятельство, величины 8 (со) и (со) часто называют динамическими диэлектрической и магнитной проницаемостями, в отличие от статических проницаемостей, в которые они переходят при со = 0. Лишь в области сравнительно длинных электромагнитных волн (превышающих примерно 1 см) функции е (со) и (со) становятся постоянными для всех веществ. Поэтому в оптике электромагнитное поле приходится разлагал на монохроматические составляющие, что всегда возможно, согласно математической теореме Фурье (см. т. III, 128). Предполагая, что выполняется принцип суперпозиции, эти монохроматические составляющие можно рассмагривать независимо друг от друга. Таким путем можно исследовать распространение электромагнитных волн любого спектрального состава. Функции можно разлагать не только по синусам и косинусам, но и по бесконечному множеству других, полных систем функций. Однако выполнение материальных уравнений (5.2) для монохроматических полей, а также многие другие причины делают в оптике разложение полей на монохроматические составляющие физически выделенным среди множества других математически возможных разложений. Изложенные соображения, как и соображения, излагаемые в следующем пункте, имеют, конечно, общее значение, а не только для плоских электромагнитных волн. [c.39]

Итак, на рубеже XIX и XX столетий было установлено, что для распространения электромагнитных, в частности световых, волн не нужна какая-то специальная среда. Волны сами по себе являются материальной сущностью , об-ладаюш,ей энергией и импульсом, и могут распространяться в вакууме. Тем самым понятие волна приобретало новое содержание. Физикам приходилось расставаться с привычкой рассматривать волновое движение обязательно в т-кой-то среде. [c.34]

В этой вводной главе дается обзор и вывод некоторых основных соотношений для классических электромагнитных полей. Исходя из у ивнений Максвелла и материальных уравнений, мы получим выражения для плотности и потока энергии электромагнитного поля. Будет доказана теорема Пойнтинга, а также выведены законы сохранения и волновые уравнения. Мы подробно рассмотрим распространение монохроматических плоских волн и некоторые их важные свойства, а также обсудим понятия фазовой скорости и групповой скорости волнового пакета, распространяющегося в среде с дисперсией. [c.9]

В настоящее время известны точные нестационарные решения (4.1), в первую очередь многосолитонные, в виде набора двух и более взаимодействующих солитонов солитоны, сближаясь из бесконечности, взаимодействуют, а затем снова расходятся, сохраняя в асимптотике исходные параметры. Это и другие свойства дают основания для глубокой аналогии между солитонами и материальными частицами. Известно также, что любой локализованный положительный импульс асимптотически распадается на конечное число солитонов плюс осциллирующий хвост — излучение. Солитоны наблюдались в самых различных физических ситуациях (волны на воде, в плазме, в электромагнитных линиях и др.). Приведем три примера акустических солитонов первый из них относится к жидкости с пузырьками, второй — к твердотельным волноводам типа тонких стержней, а третий - к зернистым средам. [c.162]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...