Оптика - Годжаев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
освещенности можно вычислить отношение силы света источников Lx и L2,
измерив расстояния LXS и L2S.
Объективные фотометры. В объективных фотометрах в основе определения
фотометрических величин лежат электрические и фотографические методы.
В фотографическом методе исходят из того, что степень почернения
фотопластинки пропорциональна количеству падающей на нее световой
энергии.
Принцип работы электрофотометра основан на электрическом действии света
(фотоэлементы, фотоусилители, фотосопротивления и т. д.). Самый простой
фотоэлектрический фотометр состоит из фотоэлемента и соединенного с ним
высокочувствительного гальванометра. Если измерить электроток,
создаваемый действием света, то можно вычислить освещенность поверхности
фотометра. Проградуировав гальванометр непосредственно в люксах, можно
получить величину освещенности. В качестве фотоусилителей могут быть
использованы так называемые фотоэлектронные усилители (ФЭУ). Выбор того
или иного ФЭУ обусловлен спектральным составом измеряемого светового
потока. Так, например, для красной и близкой инфракрасной областей
спектра применяются фотоусилителн ФЭУ-62, ФЭУ-22. Для сине-зеленой
области применимы ФЭУ-17, ФЭУ-18, ФЭУ-19 и т. д. ФЭУ-18, ФЭУ-39
рассчитаны на работу в ультрафиолетовой и сине-зеленой областях спектра.
ФЭУ-106 применяется как в видимой, так и в ультрафиолетовой и
инфракрасной областях спектра.
Объективные фотометры свободны от многих недостатков, присущих визуальным
фотометрам. Преимуществом объективного фотометра является возможность его
использования также в невидимой части спектра (в ультрафиолетовой и
инфракрасной), что приводит к более широкому их применению по сравнению с
субъективными фотометрами.
Глава И
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ТЕОРИЯ СВЕТА
§ 1. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ПРИРОДА СВЕТА
Уравнения Максвелла. Во второй половине XIX в. Максвелл на основе
проведенного им глубокого анализа известных тогда законов электричества и
магнетизма разработал электромагнитную теорию поля и предложил уравнения,
носящие с тех пор его имя. Для однородной (диэлектрическая и магнитная
проницаемости: е = const, р = const) непроводящей (поверхностная и
объемная плотности свободных зарядов: сг = 0, р = 0) изотропной среды
уравнения Максвелла * имеют следующий вид:
. -ff и д Н rot Е = - - ,
с dt ¦
, ту е дЕ
Tot Я = 57- ,
с dt
div Е = 0, div # = 0,
(2.1)
где Е и Н - векторы напряженности электрического и магнитного полей.
Величины е и р, характеризующие материальные свойства среды, не зависят
от времени и координат, а также от величины векторов поля ? и Я.
Исходя из системы уравнений (2.1), можно сделать следующие выводы:
1. Электромагнитное поле распространяется в виде электромагнитной волны
со скоростью v = с/]/"ер, где с - скорость света в вакууме (с = 3-1010
см/с).
2. Электромагнитные волны поперечны, т. е. векторы напряженности
электрического и магнитного полей перпендикулярны направлению
распространения самой волны: v J_ Я и v _L Е, где у - скорость
распространения волны в данной среде.
3. В плоской электромагнитной волне ? и Я взаимно перпендикулярны и
тройка векторов 1j, ?, Я составляет правовинтовую систему. Другими
словами, если смотреть вдоль у, то направление
* При записи уравнения Максвелла нами использовалась гауссова система
единиц.
21
поворота вектора ? к вектору Н по направлению малого угла соответствует
повороту часовой стрелки (рис. 2.1).
4. Векторы ? и Я в бегущей плоской монохроматической волне колеблются
синфазно *, т. е. они одновременно и в одних и тех же точках пространства
достигают максимального и минимального значения.
Тот факт, что отношение электромагнитной единицы силы тока к его
электростатической единице равно скорости света в пустоте, навел
Максвелла на мысль, что свет представляет собой электромагнитную волну
короткой длины.
Как следует из электромагнитной теории света, показатель преломления,
определенный как отношение скорости света в пустоте к фазовой скорости
света в данной среде, равняется квадратному
корню из произведения диэлектрической постоянной на магнитную
проницаемость, т. е.
n-dv - Y еН"
В дальнейшем предвидение Максвелла оправдалось как теоретически, так и
экспериментально. Оказалось, что световая волна обладает всеми
перечисленными свойствами электромагнитной волны. Поскольку в дальнейшем
изложение будет основываться на этих свойствах, будет не лишним привести
ниже их доказательство.
Скорость электромагнитной волны в среде. Дифференцируя по времени второе
уравнение системы (2.1), получим
, дН г д2Ё rot dt ~ с dt2 •
Так как ~ = - с rot ?, имеем
6t '
с , . е д'Е
~~ Д r°t r°t ? = 7 '
* Как увидим в будущем, в стоячих волнах ? и Я по фазе сдвинуты по от.
ношению друг к другу на величину л/2.
22
Учитывая, что rot rot Е =grad div E - AE и div E = 0, полу-
чим *
(2.2)
Дифференцируя по времени первое уравнение системы (2.1), аналогичным
способом получим
Как известно, (2.2) и (2.3) есть волновые уравнения. Скорость волны,
