Электромагнитные волны и оптика (1271691)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

О.С. Литвинов, В.С. ГореликЭлектромагнитныеволны и оптикаДопущено Министерством образования и наукиРоссийской Федерации в качестве учебного пособиядля студентов высших учебных заведений,обучающихся по техническим направлениямподготовки и специальностямИздание второе, исправленное и дополненноеМоскваИздательство МГТУ имени Н.Э. Баумана2006ФИЗИКА В ТЕХНИЧЕСКОМ УНИВЕРСИТЕТЕСерия основана в 2003 годуНаучные редакторыд-р физ.-мат. наук, проф.

Л.К. Мартинсон,д-р физ.-мат. наук, проф. А.Н. МорозовМоскваИздательство МГТУ имени Н.Э. Баумана2006УДК 530.10(075.8)ББК 22.343Л32Рецензенты: кафедра физики Российского государственно$го университета нефти и газа им. И.М. Губкина,зав. кафедрой, д$р техн. наук, проф. В.Б. Нагаев;чл.$кор. РАН, проф. Л.Д. БахрахЛ32Литвинов О.С., Горелик В.С.Электромагнитные волны и оптика: Учеб. пособие. — М.:Изд$во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006.

— 448 с.: ил. (Физика втехническом университете / Под ред. Л.К. Мартинсона,А.Н. Морозова)ISBN 5$7038$2793$0Изложены основные свойства электромагнитных волн, распро$страняющихся в различных средах. Рассмотрены закономерностираспространения электромагнитных волн видимого диапазона, т. е.наиболее важные оптические явления. Объяснение эксперименталь$ных закономерностей, установленных для электромагнитных волн, да$но на основе анализа решений уравнений Максвелла в рамках класси$ческой электродинамики. В конце некоторых разделов приведены ха$рактерные задачи с решениями.Содержание учебного пособия соответствует курсу лекций, кото$рый авторы читают в МГТУ им. Н.Э.

Баумана.Для студентов технических университетов и вузов.УДК 530.10(075.8)ББК 22.343ISBN 5703827930© О.С. Литвинов, В.С. Горелик, 2006© Оформление. Издательство МГТУим. Н.Э. Баумана, 2006ПРЕДИСЛОВИЕРаздел «Электромагнитные волны и оптика» курса общей физи$ки составляет фундамент знаний, имеющих большое значение нетолько для формирования научного кругозора студентов, но и дляпонимания современных методов решения практических задач, свя$занных с использованием явлений электромагнетизма в промышлен$ности, сельском хозяйстве, здравоохранении, в области телекоммуни$каций, информационных и компьютерных технологий, в радиоэлек$тронике и оптоэлектронике.В предлагаемом учебном пособии описание свойств электро$магнитных волн и оптических явлений основано на анализе реше$ния системы уравнений Максвелла с помощью методов физиче$ской оптики, позволяющих не только получить качественное пред$ставление о рассматриваемых явлениях, но и дать количественнуюоценку сопровождающих их эффектов.Рассмотрение свойств электромагнитных волн и оптическихявлений в полном объеме в рамках курса общей физики затрудни$тельно, так как многоплановость эффектов взаимодействия элек$тромагнитных волн с веществом требует для описания рассматри$ваемых явлений применения широкого спектра математическихметодов.

Учитывая уровень математической подготовки студентовмладших курсов, авторы использовали самую простую постановкузадач, допускающую наглядное объяснение наблюдаемых эффек$тов в рамках волновой теории света. Это позволило сделать обос$нованные обобщения, не прибегая к изощренным расчетам, харак$терным для методов теоретической физики.Содержание учебного пособия соответствует курсу лекцийпо общей физике, который авторы читают студентам второгокурса в Московском государственном техническом университе$те имени Н.Э. Баумана.5При подготовке учебного пособия была поставлена задача сде$лать его полезным для студентов разных специальностей, в томчисле и таких, для которых знания в этой области физики являют$ся профильными.Одной из методических особенностей предлагаемого учебногопособия является поэтапное изложение многих вопросов.

На пер$вом этапе создается общее представление о рассматриваемом явле$нии. На втором этапе дается обоснование и уточнение полученныхпредставлений на основе решения соответствующих уравнений,вывода физических формул и возможного обобщения исходныхзакономерностей.

По мнению авторов, такой подход помогает сту$дентам усвоить довольно сложный материал и превращает его изу$чение в увлекательный процесс, в котором сформулированные напервом этапе интуитивные представления о свойствах волн полу$чают на следующем этапе их изучения строгое математическоеобоснование.Материал учебного пособия сгруппирован в девять глав, со$стоящих из разделов; в конце отдельных разделов помещены зада$чи. Некоторые задачи посвящены выводу используемых в текстераздела формул. Это позволяет составить более полное представ$ление об использовании математического аппарата при изучениисвойств электромагнитных волн и оптических явлений.Для понимания изложенного материала достаточно знаний,полученных студентами при изучении механики, основ молеку$лярной физики и термодинамики, а также основ электричества имагнетизма, нашедших свое отражение в компактной форме в видеуравнений Максвелла.

Поскольку свойства электромагнитныхволн, с помощью которых объясняются оптические явления, пред$ставляют собой следствия уравнений Максвелла, в начале первойглавы приведены краткие сведения о системе уравнений Максвел$ла. Кроме того, в первой главе содержится материал вводного ха$рактера, напоминающий студентам основные свойства колебанийи волн.Рассмотрение в книге некоторых вопросов выходит за рамкитрадиционного курса общей физики. Это касается изучения меха$низма излучения электромагнитных волн неравномерно движу$щимся зарядом, приложений голографии, взаимодействия света сосредой, а также нелинейных оптических эффектов.

При включе$нии этих вопросов в учебное пособие прежде всего преследовалась6цель расширения кругозора студентов в тех разделах современнойфизики и ее технических приложений, которые в настоящее времянаходят широкое применение на практике. Кроме того, дополни$тельная информация может быть использована студентами во вне$аудиторной работе при составлении рефератов и подготовке к эк$заменам и зачетам.Главы 1—6 и 8, введение и заключение написаны О.С. Литви$новым. Глава 7 написана В.С.

Гореликом, а глава 9 и предисловие —результат совместного труда авторов.Авторы выражают признательность заведующему кафедройфизики МГТУ им. Н.Э. Баумана, профессору А.Н. Морозову ипрофессору Л.К. Мартинсону за внимательное прочтение рукопи$си и ее редактирование, а также профессору К.Б. Павлову за полез$ное обсуждение рассматриваемых в книге вопросов.Авторы благодарят рецензентов — члена$корреспондента РАН,профессора Л.Д. Бахраха и заведующего кафедрой физики Россий$ского государственного университета нефти и газа имени И.М. Губ$кина, профессора В.Б.

Нагаева — за сделанные замечания и указан$ные погрешности рукописи, исправление которых способствовалоее улучшению. Авторы признательны Н.А. Бею — профессору ка$федры «Радиоэлектронные устройства» МГТУ им. Н.Э. Баумана —за предоставленную фотографию зеркальной антенны радиотеле$скопа РТ—7.5.ВВЕДЕНИЕВ традиционных курсах общей физики свойства электромаг$нитных волн и оптические явления изучаются в разделе физиче$ской оптики. Особенности излучения электромагнитных волн и ихраспространения в диэлектрических и проводящих средах, включаяплазму, позволяют объяснить работу многих радиоэлектронных иоптических приборов, без которых невозможно представить суще$ствование современной цивилизации.

Лазеры, телескопы, микро$скопы, телевизоры, компьютеры, фотоаппараты, видеокамеры, сис$темы космической связи, медицинские томографы, средства бескон$тактной диагностики — вот далеко не полный перечень приборов, воснове работы которых лежат принципы физической оптики.Конечно же, нельзя не отметить, что работа некоторых пере$численных устройств и систем допускает объяснение с помощьюметодов геометрической оптики. Однако оптические явления, ко$торые могут быть рассмотрены в рамках геометрической оптики, вфизической оптике получают свое объяснение с помощью пре$дельного перехода при стремлении длины волны к нулю и предпо$ложении, что она во много раз меньше размеров неоднородностейсреды распространения волны.

Поэтому в данном учебном посо$бии не рассматриваются методы геометрической оптики, но в тоже время достаточно подробно обсуждается физический смысл по$нятия луча, а также определяются границы применимости методовгеометрической оптики для анализа функционирования различ$ных оптических приборов. Кроме того, на основе решения задач одифракции плоской электромагнитной волны на плоской границераздела двух диэлектриков (без потерь) и фазовом экране (с квад$ратичным законом изменения фазы проходящей плоской волны)устанавливается общность таких хорошо известных законов гео$метрической оптики, как законы отражения и преломления свето$8вого луча, а также формирования оптического изображения объек$тов с помощью тонкой линзы.Физическая оптика, изучающая широкий круг явлений взаи$модействия света со средой, оказывается теснейшим образом свя$занной практически со всеми разделами современной физики.

Содной стороны, эффекты взаимодействия электромагнитных, и вчастности световых, волн со средой зависят от состояния среды,определяемого совокупностью физических параметров — темпера$туры, плотности, давления, проводимости. Поэтому такие эффек$ты имеют многоплановый характер, и для их исследования необхо$димо привлечение методов и идей из арсенала средств всей совре$менной физики. С другой стороны, методы физической оптики,применяемые для исследования взаимодействия света со средой,благодаря простоте их реализации и высокой точности широко ис$пользуются во многих других разделах физики, не связанных не$посредственно с оптикой и ее приложениями.

Примерами могутслужить методы оптической интерферометрии, применяемые дляконтроля качества обработки поверхности в машиностроении, иметоды высокоточных измерений показателей преломления ве$ществ при решении различных исследовательских задач.Для физической оптики характерно изучение всех рассматри$ваемых в ней явлений с точки зрения теории электромагнитныхволн. Электромагнитные волны в порядке убывания длины волныподразделяются на радиоволны, инфракрасное, оптическое, ульт$рафиолетовое, рентгеновское и гамма$излучение. Несмотря на раз$нообразие эффектов, сопровождающих распространение и взаимо$действие с веществом различных электромагнитных волн, ихисследование и понимание возможно с единых позиций — на осно$ве электромагнитной теории Максвелла.Необходимо отметить, что физическая оптика имеет огромныезаслуги в развитии физики. Две господствующие теории, опреде$ляющие облик современной физики, — теория относительности иквантовая теория — сформировались благодаря исследованиямоптических явлений.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лекций