Электромагнитная теория света

Воздействие света на глаз или какой-либо другой приемный аппарат состоит прежде всего в передаче этому регистрирующему аппарату энергии, переносимой световой волной. Поэтому, прежде чем рассматривать законы оптических явлений, мы должны составить себе представление об измерении света — фотометрии, которая сводится к измерению энергии, приносимой световой волной, или к измерению величин, так или иначе связанных с этой энергетичес­кой характеристикой Прежде всего необходимо дать определения тем величинам, которые фигурируют в измерительной практике. Их выбор обусловлен особенностями приемных аппаратов, непосред­ственно реагирующих на ту или иную из этих величин, а также воз­можностью осуществления эталонов для воспроизведения этих величин. При формулировке теоретических законов или практи­ческих выводов в разнообразных областях (теория излучения, свето­техника, оптотехника, физиологическая оптика и т. д.) оказывается нередко удобным пользование то одними, то другими из введенных величин.

Рассмотрим задачу о прохождении электромагнитной волны через плоскую границу двух диэлектрических сред I и II (одной из них может, в частности ,быть и вакуум). Эта ситуация представлена на рисунке 2.6.1(а), (б) для случая двух различных поляризаций . Направление электрического и магнитного векторов соответствует правилу, согласно которому k, E, B образуют правую тройку. Мы использовали в качестве магнитного вектора H, поскольку именно для него будем писать соответствующее граничное условие. Заметим, что магнитное поле ориентированно на рис. 2.6.1(а) так же, как электрическое поле на рис. 2.6.1(б) ( с точностью до знака), а на рис. 2.6.1(б) — ортогонально плоскости рисунка. Результаты которые мы получили, можно переносить и на случай искривленной поверхности раздела. Она лишь должна быть гладкой, а радиус кривизны ее должен  многократно превосходить характерный пространственный масштаб электромагнитного поля — длину волны. Т.о. мы опишем действие на электромагнитную волну , в частности , поверхности линзы.

Закон отражения и преломления света

Когда луч достигает плоской границы раздела двух прозрачных сред, он частично проходит во вторую среду (преломляется), частично возвращается обратно (отражается). Закон отражения света был известен еще грекам. Он утверждал, что падающий и отраженный лучи лежат в одной плоскости с нормалью к границе раздела  в точке падения (эта плоскость называется плоскостью падения), причем угол падения  равен углу отражения . (рис. 2.5.1)

Рассмотрим возмущение, возникающее при одновременном действии двух или нескольких осцилляторов. Простейшая гипотеза , которую можно принять в отношении их совместного действия , заключается в следующем: если  и т.д. — возмущения, производимые  каждым  отдельным осциллятором в какой-либо точке пространства в данный момент времени , а  — результирующее возмущение, то

(2.4.1)

Система уравнений Максвелла

Приведем законы, которым подчиняется поведение электрического и магнитного полей, лежащие в основе теории электромагнетизма. Эти законы, являющиеся обобщением опыта, формулируются ниже в интегральной форме, так как именно в таком виде обычно выражаются данные эксперимента. Используя основные положения векторного анализа, можно записать эти законы электромагнитного поля в дифференциальной форме.

Волновые процессы представляют собой весьма общий класс явлений . Образование волны обусловливается наличием связей между отдельными частями системы , в силу которых понятие изолированного процесса является , конечно, далеко идущей абстракцией. Сравнительно редки случаи ,когда процесс , протекающий в какой либо части пространства, можно рассматривать как изолированный. Обычно он вызывает соответствующие изменения в соседних точках системы , передавая им некоторое количество энергии . От этих точек возмущение переходит к смежным с ними и т.д., распространяясь от точки к точке , т.е. создавая волну . В зависимости от природы связей , которые обусловливают указанное взаимодействие , мы имеем волну той или иной природы.

Первые теории о природе света — корпускулярная и волновая — появились в середине 17 века. Согласно корпускулярной теории (или теории истечения) свет представляет собой поток частиц (корпускул), которые испускаются источником света. Эти частицы движутся в пространстве и взаимодействуют с веществом по законам механики. Эта теория хорошо объясняла законы прямолинейного распространения света, его отражения и преломления. Основоположником данной теории является Ньютон.

Согласно волновой теории свет представляет собой     упругие продольные    волны в особой среде, заполняющей все пространство — светоносном эфире. Распространение этих волн описывается принципом Гюйгенса.