La luz blanca como onda electromagnética se compone de. La luz es como una onda electromagnética. La velocidad de la luz. Interferencia de la luz: la experiencia de Young; colores de película delgada

La luz es una forma de energía visible para el ojo humano que se emite al mover partículas cargadas.

La luz del sol juega un papel importante en la vida de la vida silvestre. Es esencial para el crecimiento de las plantas. Las plantas convierten la energía solar en forma química a través del proceso de fotosíntesis. Petróleo, carbón y gas natural son los restos de plantas que vivieron hace millones de años. Podemos decir que esta es la energía de la luz solar convertida.

Los científicos han demostrado a través de experimentos que a veces la luz se comporta como una partícula y otras veces como una onda. En 1900 Teoría cuántica Max Planck combinó dos puntos de vista de los científicos sobre el mundo. Y en física moderna la luz se considera transversal ondas electromagnéticas, persona visible, que son emitidos por cuantos de luz (fotones) - partículas que no tienen masa y se mueven a una velocidad

Características de la luz

Como cualquier onda, la luz se puede caracterizar por su longitud (λ), frecuencia (υ) y velocidad de propagación en cualquier medio (v). La relación entre estas cantidades se muestra mediante la fórmula:

La luz visible se encuentra en el rango de longitud de onda radiación electromagnética de m (en orden ascendente de longitud de onda: violeta, azul, verde, amarillo, naranja, rojo). La frecuencia de una onda de luz está relacionada con su color.

Cuando una onda de luz pasa del vacío a un medio, su longitud y velocidad de propagación disminuyen, la frecuencia de la onda de luz permanece sin cambios:

n es el índice de refracción del medio, c es la velocidad de la luz en el vacío.

Hay que recordar que la velocidad de la luz:

• en el vacío es una constante universal en todos los sistemas de información;
• en un medio es siempre menor que la velocidad de la luz en el vacío;
• depende del medio por el que pasa;
• en el vacío es siempre mayor que la velocidad de cualquier partícula con masa.

Naturaleza ondulatoria de la luz

La naturaleza ondulatoria de la luz se ilustró por primera vez a través de experimentos de difracción e interferencia. Como todas las ondas electromagnéticas, la luz puede viajar a través del vacío y ser reflejada y refractada. La naturaleza transversal de la luz se demuestra por el fenómeno de la polarización.

Interferencia

Las ondas de luz que tienen una diferencia de fase constante y la misma frecuencia producen un efecto de interferencia visible cuando la onda resultante se fortalece o debilita.

Isaac Newton fue uno de los primeros científicos en estudiar el fenómeno de la interferencia. En su famoso experimento"Anillos de Newton" conectó una lente convexa con un gran radio de curvatura con una placa de vidrio plana. Si consideramos esto sistema óptico a través de reflejado luz del sol, se observan una serie de círculos de luz concéntricos claros y oscuros fuertemente coloreados. Los anillos aparecen debido a una fina capa de aire entre la lente y la placa. La luz reflejada por las superficies superior e inferior del vidrio interfiere y da un máximo de interferencia en forma de luz y un mínimo en forma de anillos oscuros.

Difracción

La difracción es la curvatura de una onda de luz alrededor de obstáculos. El fenómeno se puede observar cuando el obstáculo es comparable en tamaño a la longitud de onda. Si el objeto es mucho más grande que la longitud de onda de la fuente de luz, el fenómeno es casi imperceptible.

El resultado de la difracción es la alternancia de bandas de colores y oscuras de círculos claros o concéntricos. Este efecto óptico se produce como consecuencia de la interferencia de las ondas que rodean el obstáculo. Esta imagen está dada por la luz reflejada desde la superficie del CD.

Gimnasio 144

resumen

La velocidad de la luz.

Interferencia de luz.

ondas estacionarias.

estudiante de grado 11

Sergey Korchaguin

San Petersburgo 1997.

La luz es una onda electromagnética.

En el siglo XVII surgieron dos teorías de la luz: ondulatoria y corpuscular. La teoría corpuscular1 fue propuesta por Newton y la teoría ondulatoria por Huygens. Según Huygens, la luz son ondas que se propagan en un medio especial, el éter, que llena todo el espacio. dos teorías largo tiempo existía en paralelo. Cuando una de las teorías no explicaba un fenómeno, era explicado por otra teoría. Por ejemplo, la propagación rectilínea de la luz, que conduce a la formación de sombras nítidas, no podía explicarse sobre la base de la teoría ondulatoria. Sin embargo, en principios del XIX siglos, se descubrieron fenómenos como la difracción2 y la interferencia3, lo que hizo pensar que la teoría ondulatoria finalmente derrotó a la corpuscular. En la segunda mitad del siglo XIX, Maxwell demostró que la luz es caso especial ondas electromagnéticas. Estos trabajos sirvieron como base para la teoría electromagnética de la luz. Sin embargo, a principios del siglo XX se descubrió que cuando se emite y se absorbe, la luz se comporta como una corriente de partículas.

^ La velocidad de la luz.

Hay varias formas de determinar la velocidad de la luz: métodos astronómicos y de laboratorio.

La velocidad de la luz fue medida por primera vez por el científico danés Roemer en 1676 utilizando el método astronómico. Registró el tiempo que la mayor de las lunas de Júpiter, Io, estuvo a la sombra de este enorme planeta. Roemer tomó medidas en el momento en que nuestro planeta estaba más cerca de Júpiter, y en el momento en que estábamos un poco (en términos astronómicos) más lejos de Júpiter. En el primer caso, el intervalo entre brotes fue de 48 horas 28 minutos. En el segundo caso, el satélite se retrasó 22 minutos. De esto se concluyó que la luz necesita 22 minutos para recorrer la distancia desde el lugar de la observación anterior hasta el lugar de la observación actual. Conociendo la distancia y el tiempo de retraso de Io, calculó la velocidad de la luz, que resultó ser enorme, unos 300.000 km/s4.

Por primera vez, la velocidad de la luz fue medida por el método de laboratorio por el físico francés Fizeau en 1849. Obtuvo el valor de la velocidad de la luz igual a 313.000 km/s.

Según datos modernos, la velocidad de la luz es de 299.792.458 m/s ±1,2 m/s.

^ Interferencia de la luz.

Es bastante difícil obtener una imagen de la interferencia de las ondas de luz. La razón de esto es que ondas de luz, emitido varias fuentes son incompatibles entre sí. Deben tener las mismas longitudes de onda y una diferencia de fase constante en cualquier punto del espacio5. La igualdad de longitudes de onda no es difícil de lograr usando filtros de luz. Pero es imposible lograr una diferencia de fase constante, debido al hecho de que los átomos de diferentes fuentes emiten luz independientemente unos de otros6.

Sin embargo, se puede observar la interferencia de la luz. Por ejemplo, desbordamiento iridiscente de colores en burbuja de jabón o sobre una fina película de queroseno o aceite sobre agua. El científico inglés T. Jung fue el primero en tener la brillante idea de que el color se explica por la suma de ondas, una de las cuales se refleja desde la superficie exterior y las otras ¾ desde la interior. En este caso, se produce la interferencia de ondas de luz. El resultado de la interferencia depende del ángulo de incidencia de la luz sobre la película, su espesor y longitud de onda.

^ Ondas estacionarias.

Se notó que si un extremo de la cuerda se balancea con una frecuencia seleccionada correctamente (su otro extremo está fijo), entonces una onda continua correrá hacia el extremo fijo, que luego se reflejará con la pérdida de media onda. La interferencia de la onda incidente y reflejada dará como resultado una onda estacionaria que parece estar estacionaria. La estabilidad de esta onda satisface la condición:

L=nl/2, l=u/n, L=nu/n,

Donde L ¾ es la longitud de la cuerda; n ¾ 1,2,3, etc.; u ¾ de la velocidad de propagación de la onda, que depende de la tensión de la cuerda.

Las ondas estacionarias se excitan en todos los cuerpos capaces de oscilar.

La formación de ondas estacionarias es un fenómeno resonante que ocurre en las frecuencias resonantes o naturales del cuerpo. Los puntos en los que se cancela la interferencia se denominan nodos y los puntos en los que se intensifica la interferencia se denominan antinodos.

Luz ¾ onda electromagnética……………………………………..2

La velocidad de la luz………………………………………………………………2

Interferencia de luz…………………………………………………….3

Ondas estacionarias………………………………………………………………3

Física 11 (G.Ya. Myakishev B.B. Lukhovtsev)

Física 10 (N.M. Shakhmaev S.N. Shakhmaev)

Notas de apoyo y tareas de prueba (G.D. Luppov)

1 La palabra latina "corpúsculo" traducida al ruso significa "partícula".

2 Redondeo de obstáculos con luz.

3 El fenómeno de amplificación o atenuación de la luz al superponer haces de luz.

4 El propio Roemer recibió un valor de 215.000 km/s.

5 Las ondas que tienen la misma longitud y una diferencia de fase constante se llaman coherentes.

6 Las únicas excepciones son las fuentes de luz cuántica ¾ láseres.

7 La adición de dos ondas, como resultado de lo cual hay una amplificación o debilitamiento estable en el tiempo de las vibraciones de luz resultantes en varios puntos del espacio.

De la teoría campo electromagnetico, desarrollado por J. Maxwell, siguió: las ondas electromagnéticas se propagan a la velocidad de la luz - 300.000 km / s, que estas ondas son transversales, al igual que las ondas de luz. Maxwell sugirió que la luz es una onda electromagnética. Más tarde, esta predicción fue confirmada experimentalmente.

Al igual que las ondas electromagnéticas, la propagación de la luz obedece a las mismas leyes:

La ley de propagación rectilínea de la luz. En un medio homogéneo transparente, la luz viaja en línea recta. Esta ley explica cómo ocurren los eclipses solares y lunares.

Cuando la luz incide en la interfaz entre dos medios, parte de la luz se refleja en el primer medio y parte pasa al segundo medio, si es transparente, mientras cambia la dirección de su propagación, es decir, se refracta.

INTERFERENCIA DE LUZ

Suponga que dos ondas de luz monocromáticas, superpuestas entre sí, excitan oscilaciones de la misma dirección en un punto determinado del espacio: x 1 \u003d A 1 cos (t +  1) y x 2 \u003d A 2 cos (t +  2). Por debajo X entender la intensidad de la electricidad E o magnético H campos de ondas; los vectores E y H oscilan en planos mutuamente perpendiculares (ver § 162). Las fuerzas de los campos eléctrico y magnético obedecen al principio de superposición (ver § 80 y 110). La amplitud de la oscilación resultante en un punto dado A 2 \u003d A 2 l + A 2 2 + 2A 1 A 2 cos ( 2 - 1) (ver 144.2)). Como las ondas son coherentes, entonces cos( 2 -  1) tiene un valor constante en el tiempo (pero propio para cada punto del espacio), por lo tanto la intensidad de la onda resultante (1 ~ A 2)

En los puntos del espacio donde cos( 2 -  1) > 0, intensidad I > I 1 + I 2 , donde cos( 2 -  1) < Oh intensidad yo< I 1 +I 2 . Следовательно, при наложении двух (или нескольких) когерентных световых волн происходит пространственное перераспределение flujo luminoso, resultando en máximas de intensidad en algunos lugares y mínimas de intensidad en otros. Este fenómeno se llama interferencia de luz.

Para ondas incoherentes, la diferencia ( 2 -  1) cambia continuamente, por lo que el valor promedio en el tiempo cos( 2 - 1) es cero, y la intensidad de la onda resultante es la misma en todas partes y para I 1 = I 2 es igual a 2I 1 (para ondas coherentes en esta condición en los máximos I = 4I 1 en los mínimos I = 0).

¿Cómo se pueden crear las condiciones necesarias para que se produzca la interferencia de las ondas luminosas? Para obtener ondas de luz coherentes, se utiliza el método de dividir una onda emitida por una fuente en dos partes que, después de pasar por diferentes caminos ópticos se superponen entre sí y se observa un patrón de interferencia.

Deje que la separación en dos ondas coherentes ocurra en un cierto punto O . Al punto METRO, en el que se observa un patrón de interferencia, una onda en un medio con un índice de refracción n 2 camino pasado s 1 , el segundo - en un medio con un índice de refracción n 2 - camino s 2 . Si en el punto O la fase de oscilación es igual a t , entonces en el punto METRO la primera onda excitará la oscilación А 1 cos(t - s 1 / v 1) , la segunda onda - fluctuación A 2 cos (t - s 2 / v 2) , donde v 1 = c/n 1 , v 2 = c/n 2 - respectivamente, la velocidad de fase de la primera y segunda ondas. Diferencia de fase de oscilaciones excitadas por ondas en un punto METRO, es igual a

(teniendo en cuenta que /s = 2v/s = 2 0 donde  0 es la longitud de onda en el vacío). Producto de longitud geométrica s camino de una onda de luz en un medio dado por el índice de refracción n de este medio se llama la longitud del camino óptico L , a  \u003d L 2 - L 1 - la diferencia en las longitudes ópticas de los caminos atravesados ​​por las ondas - se denomina diferencia de camino óptico. Si la diferencia de camino óptico es igual a un número entero de longitudes de onda en el vacío

entonces  = ± 2m , METRO ambas ondas ocurrirán en la misma fase. Por lo tanto, (172.2) es la condición para el máximo de interferencia.

Si la diferencia de camino óptico

entonces  = ±(2m + 1) , y vibraciones excitadas en el punto METRO ambas ondas ocurrirán en antifase. Por lo tanto, (172.3) es la condición para el mínimo de interferencia.

APLICACIONES DE INTERFERENCIA DE LUZ

El fenómeno de la interferencia se debe a la naturaleza ondulatoria de la luz; sus regularidades cuantitativas dependen de la longitud de onda Do- Por lo tanto, este fenómeno se utiliza para confirmar la naturaleza ondulatoria de la luz y para medir longitudes de onda (espectroscopia de interferencia).

El fenómeno de la interferencia también se utiliza para mejorar la calidad de los dispositivos ópticos (recubrimiento óptico) y para obtener recubrimientos altamente reflectantes. El paso de la luz a través de cada superficie refractiva de la lente, por ejemplo, a través de la interfaz vidrio-aire, va acompañado de una reflexión de 4% del flujo incidente (cuando se muestra la refracción del cuerpo de vidrio 1,5). Como lentes modernas Contiene un gran número de lentes, entonces el número de reflejos en ellos es grande y, por lo tanto, las pérdidas del flujo de luz también son grandes. Así, la intensidad de la luz transmitida se atenúa y la luminosidad instrumento óptico disminuye Además, los reflejos de las superficies de las lentes provocan destellos, que a menudo (por ejemplo, en equipamiento militar) desenmascara la posición del dispositivo.

para eliminación estas deficiencias llevar a cabo el llamado iluminación de la óptica. Para ello, se aplican películas delgadas con un índice de refracción inferior al del material de la lente sobre las superficies libres de las lentes. Cuando la luz se refleja en las interfaces aire-película y película-vidrio, se produce la interferencia de los rayos coherentes 1 y 2 "(Fig. 253).

capa AR

Espesor de la película d y los índices de refracción del vidrio n c y la película n se pueden elegir de modo que las ondas reflejadas en ambas superficies de la película se anulen entre sí. Para hacer esto, sus amplitudes deben ser iguales y la diferencia de camino óptico es igual a - (ver (172.3)). El cálculo muestra que las amplitudes de los rayos reflejados son iguales si

(175.1)

Dado que n con, n y el índice de refracción del aire n 0 satisface las condiciones n c > n > n 0 , entonces la pérdida de la semionda se produce en ambas superficies; por lo tanto, la condición mínima (suponga que la luz incide normalmente, es decir, I = 0)

donde Dakota del Norte- espesor de la película óptica. Por lo general, tome m = 0, entonces

Por lo tanto, si se cumple la condición (175.1) y el espesor óptico de la película es igual a  0/4, entonces, como resultado de la interferencia, los rayos reflejados se extinguen. Dado que es imposible lograr una extinción simultánea para todas las longitudes de onda, esto generalmente se hace para la longitud de onda más susceptible al ojo  0  0,55 μm. Por lo tanto, las lentes con óptica recubierta tienen un tinte rojo azulado.

La creación de recubrimientos altamente reflectantes solo fue posible sobre la base de interferencia multitrayecto. A diferencia de la interferencia de dos haces, que hemos considerado hasta ahora, la interferencia de trayectos múltiples se produce cuando se superpone una gran cantidad de haces de luz coherentes. La distribución de intensidad en el patrón de interferencia difiere significativamente; los máximos de interferencia son mucho más estrechos y brillantes que cuando se superponen dos haces de luz coherentes. Por lo tanto, la amplitud resultante de las oscilaciones de luz de la misma amplitud en los máximos de intensidad, donde la adición se produce en la misma fase, en N veces más, y la intensidad en N 2 veces más que de un haz (N es el número de haces de interferencia). Nótese que para encontrar la amplitud resultante es conveniente utilizar método gráfico, utilizando el método del vector de amplitud giratorio (ver § 140). La interferencia por trayectos múltiples se realiza en una rejilla de difracción (véase el § 180).

La interferencia multitrayecto se puede realizar en sistema multicapa películas intercaladas con diferentes indicadores refracción (pero con el mismo espesor óptico, igual a  0/4), depositada sobre una superficie reflectante (Fig. 254). Se puede demostrar que en la interfaz de la película (entre dos capas de ZnS con un alto índice de refracción n 1 hay una película de criolita con un índice de refracción más bajo n 2) surge una gran cantidad de rayos de interferencia reflejados que, con el espesor óptico de las películas  0/4, se amplificarán mutuamente, es decir, el coeficiente de reflexión aumenta. característica distintiva un sistema tan altamente reflexivo es que opera en una región espectral muy estrecha, y lo que más proporción reflejos, más estrecha es esta área. Por ejemplo, un sistema de siete películas para una región de 0,5 μm da una reflectancia de   96 % (con una transmitancia de  3,5 % y un coeficiente de absorción de<0,5%). Подобные отражатели применяются в лазерной технике, а также используются для создания интерференционных светофильтров (узкополосных оптических фильтров).

El fenómeno de la interferencia también se utiliza en instrumentos de medición muy precisos llamados interferómetros. Todos los interferómetros se basan en el mismo principio y difieren solo en el diseño. En la fig. 255 muestra un diagrama simplificado del interferómetro de Michelson.

Luz monocromática de la fuente S cae en un ángulo de 45° sobre una placa plano-paralela Р 1 . El lado del registro lejos de S , plateado y translúcido, divide el haz en dos partes: el haz 1 (reflejado en la capa plateada) y el haz 2 (atraviesa el veto). El haz 1 se refleja en el espejo M 1 y, volviendo atrás, pasa nuevamente a través de la placa P 1 (viga l "). El rayo 2 va al espejo M 2, se refleja en él, regresa y se refleja en la placa R 1 (haz 2). Como el primero de los rayos pasa por la placa P 1 dos veces, luego para compensar la diferencia de trayectoria resultante, se coloca una placa P 2 en la trayectoria del segundo haz (exactamente lo mismo que P 1 , solo que no está cubierto con una capa de plata).

Vigas 1 y 2" son coherentes, por lo que se observará interferencia, cuyo resultado depende de la diferencia de camino óptico del haz 1 desde el punto O para reflejar M 1 y haz 2 desde el punto O al espejo M 2 . Cuando uno de los espejos se mueve a una distancia de  0/4, la diferencia entre las trayectorias de ambos haces aumentará en  0/2 y la iluminación del campo visual cambiará. Por lo tanto, mediante un ligero cambio del patrón de interferencia, uno puede juzgar el pequeño desplazamiento de uno de los espejos y usar el interferómetro de Michelson para una medición precisa (alrededor de 10 -7 m) de longitudes (medir la longitud de los cuerpos, la longitud de onda de la luz , cambios en la longitud de un cuerpo con cambios de temperatura (dilatómetro de interferencia)).

El físico ruso V.P. Linnik (1889-1984) utilizó el principio del interferómetro de Michelson para crear un microinterferómetro (una combinación de un interferómetro y un microscopio) que se utiliza para controlar el acabado superficial.

Los interferómetros son dispositivos ópticos muy sensibles que le permiten determinar cambios menores en el índice de refracción de cuerpos transparentes (gases, líquidos y sólidos) dependiendo de la presión, la temperatura, las impurezas, etc. Dichos interferómetros se denominan refractómetros de interferencia. En el camino de los haces de interferencia hay dos cubetas idénticas con una longitud yo, uno de los cuales está lleno, por ejemplo, con un gas con un índice de refracción conocido (n 0) y el otro con un índice de refracción desconocido (n z). La diferencia de camino óptico adicional que ha surgido entre los haces de interferencia  \u003d (n z - n 0) yo. Un cambio en la diferencia de camino conducirá a un cambio en las franjas de interferencia. Este cambio se puede caracterizar por el valor

donde m 0 muestra en qué parte del ancho de la franja de interferencia se ha desplazado el patrón de interferencia. Midiendo el valor de m 0 con conocidos yo, m 0 y , puede calcular n z , o cambiar n z - n 0 . Por ejemplo, cuando el patrón de interferencia se desplaza 1/5 de la franja en yo\u003d 10 cm y  \u003d 0,5 micrones (n ​​z - n 0) \u003d 10 -6, es decir Los refractómetros de interferencia le permiten medir el cambio en el índice de refracción con una precisión muy alta (hasta 1/1,000,000).

El uso de los interferómetros es muy diverso. Además de lo anterior, se utilizan para estudiar la calidad de fabricación de piezas ópticas, medir ángulos, estudiar procesos rápidos que ocurren en el aire que circula alrededor de las aeronaves, etc. Utilizando un interferómetro, Michelson comparó por primera vez el estándar internacional de un metro con la longitud de una onda de luz estándar. Con la ayuda de los interferómetros, también se estudió la propagación de la luz en los cuerpos en movimiento, lo que condujo a cambios fundamentales en las ideas sobre el espacio y el tiempo.

En la física moderna, la luz se describe como ondas electromagnéticas o como fotones.

2.5.1. Ondas electromagnéticas

Las ondas electromagnéticas incluyen una combinación de campos eléctricos y magnéticos. Considere una carga eléctrica. Crea un campo eléctrico a su alrededor. Si la carga se mueve, crea un campo magnético. Se ha demostrado teóricamente y se ha confirmado experimentalmente que estos campos eléctricos y magnéticos se combinan y provocan una perturbación que se propaga por el espacio y se denomina onda electromagnética. Esta onda se propaga a sí misma porque el campo eléctrico cambiante provoca un cambio en el campo magnético, que luego provoca un nuevo cambio en el campo eléctrico, y así sucesivamente, por lo que existe un intercambio constante de energía entre los campos eléctrico y magnético.

Cuando una onda electromagnética choca con la materia, sus campos eléctricos y magnéticos hacen que las partículas cargadas de esa materia oscilen de la misma forma que en la onda original. Esto permite que la energía se transfiera a través del material sin mover la materia misma. Todas las ondas electromagnéticas tienen las siguientes propiedades.

Se crean al mover cargas.

Son ondas transversales en las que los campos eléctrico y magnético son mutuamente perpendiculares y perpendiculares a la dirección de propagación de la onda.

No requieren ningún material para propagarse, pero pueden propagarse a través del material sin mover la sustancia.

Todos se mueven en el espacio libre a la misma velocidad relativa, que se llama la velocidad de la luz.

Cuantitativamente, el comportamiento de las ondas electromagnéticas se describe mediante las ecuaciones de Maxwell, pero su consideración está más allá del alcance de este libro, donde nos concentramos en las aplicaciones prácticas y no en la teoría abstracta.

2.5.2. fotones

Los fotones se consideran partículas discretas de energía electromagnética. Planck propuso que la energía se emite en ráfagas llamadas "quanta" en las que la cantidad de energía es proporcional a la frecuencia. Esto se expresa mediante la fórmula

donde h- Constante de Planck (6,63 x 10 -34 Joule/seg.).

Un cuanto de luz se llama fotón. El fotón tiene algunas de las propiedades de una partícula porque es discreto y finito. La luz, sin embargo, también es una onda, como puede verse en los efectos de difracción e interferencia. Así resulta que la luz es tanto una partícula como una onda. Esto es una contradicción, ya que la partícula es finita y discreta, mientras que la onda es infinita y continua. Los físicos ven ambas teorías como complementarias, pero no las aplican simultáneamente. Este efecto se conoce como dualidad de luz partícula-onda, y ambos modelos físicos son igualmente válidos y útiles para describir varios efectos ópticos. Es interesante notar que en ambos modelos hay partes que no concuerdan entre sí.

La luz en forma de fotones u ondas viaja en el espacio libre a una velocidad de unos 300 000 km/s (3 x 10 8 m/s). Muchos efectos se pueden ver mejor pensando en la luz como rayos que viajan en línea recta entre o a través de componentes ópticos. Los rayos cambian (reflejan, refractan, dispersan, etc.) en las superficies ópticas de los dispositivos. Este comportamiento óptico

Según la teoría ondulatoria, la luz es una onda electromagnética.

Radiación visible(luz visible) - radiación electromagnética percibida directamente por el ojo humano, caracterizada por longitudes de onda en el rango de 400 - 750 nm, lo que corresponde a un rango de frecuencia de 0,75 10 15 - 0,4 10 15 Hz. La radiación de luz de diferentes frecuencias es percibida por una persona como diferentes colores.

Radiación infrarroja- radiación electromagnética que ocupa la región espectral entre el extremo rojo de la luz visible (con una longitud de onda de aproximadamente 0,76 micras) y la emisión de radio de onda corta (con una longitud de onda de 1-2 mm). La radiación infrarroja crea una sensación de calor, por lo que a menudo se la denomina radiación térmica.

Radiación ultravioleta- radiación electromagnética invisible al ojo, que ocupa la región espectral entre la radiación visible y la radiación de rayos X dentro de longitudes de onda de 400 a 10 nm.

Ondas electromagnéticas- oscilaciones electromagnéticas (campo electromagnético) que se propagan en el espacio con una velocidad finita que depende de las propiedades del medio (en el vacío - 3∙10 8 m/s). Las características de las ondas electromagnéticas, las leyes de su excitación y propagación se describen mediante las ecuaciones de Maxwell. La naturaleza de la propagación de las ondas electromagnéticas se ve afectada por el medio en el que se propagan. Las ondas electromagnéticas pueden experimentar refracción, dispersión, difracción, interferencia, reflexión interna total y otros fenómenos inherentes a las ondas de cualquier naturaleza. En un medio homogéneo e isotrópico lejos de cargas y corrientes que crean un campo electromagnético, las ecuaciones de onda para las ondas electromagnéticas (incluyendo la luz) tienen la forma:

donde y son la permeabilidad eléctrica y magnética del medio, respectivamente, y son las constantes eléctricas y magnéticas, respectivamente, y son las intensidades de campo eléctrico y magnético, es el operador de Laplace. En un medio isotrópico, la velocidad de fase de propagación de las ondas electromagnéticas es igual a La propagación de ondas electromagnéticas (de luz) monocromáticas planas se describe mediante las ecuaciones:

kr ; kr (6.35.2)

donde y son las amplitudes de las oscilaciones de los campos eléctrico y magnético, respectivamente, k es el vector de onda, r es el radio vector del punto, - frecuencia circular de oscilaciones, es la fase inicial de oscilaciones en el punto con coordenada r= 0. Vectores mi y H oscilar en la misma fase. Una onda electromagnética (de luz) es transversal. Vectores mi , H , k son ortogonales entre sí y forman un triplete recto de vectores. Valores instantáneos y en cualquier punto están relacionados por la relación Considerando que el campo eléctrico tiene un efecto fisiológico sobre el ojo, la ecuación para una onda de luz plana que se propaga en la dirección del eje se puede escribir de la siguiente manera:

La velocidad de la luz en el vacío es

. (6.35.4)

La relación entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en un medio se denomina índice de refracción absoluto del medio:

(6.35.5)

Al pasar de un medio a otro, la velocidad de propagación de la onda y la longitud de onda cambian, la frecuencia permanece sin cambios. El índice de refracción relativo del segundo medio con respecto al primero es la relación

donde y son los índices de refracción absolutos del primer y segundo medio, y son la velocidad de la luz en el primer y segundo medio, respectivamente.