Электромагнитные волны. Естественный свет

Диапазон длин электромагнитных волн огромен: от более 10¹⁶ (радиоволны) до менее 10 ^–5 нм (гамма-лучи) (рис. 1.1). Электромагнитные волны с различными длинами и частотами фундаментально сходны в том, что они распространяются в пространстве с одной скоростью, приблизительно 300000 км/сек.

В соответствии с электромагнитной теорией света изменение во времени электрической напряженности E сопровождается появлением переменного магнитного поля H, направленного перпендикулярно вектору E. Это переменное магнитное поле распространяется со скоростью света вдоль линии перпендикулярной плоскостям векторов E и H, образуя световые волны (рис. 1.2). Волна, возникающая при этом типе движения, имеет форму синусоидальной кривой и характеризуется следующими параметрами:

• длина волны (l) – расстояние, на которое распространяется колебательное движение за один период. Длина волны определяет спектральный цвет света;
• амплитуда (A) – наибольшее расстояние, на которое отклоняется колеблющаяся точка от своего положения равновесия. Амплитуда прямо пропорциональна квадрату интенсивности света;
• частота колебания (ν) – число полных колебаний в секунду. Частота связана с периодом колебаний (T) обратным отношением;
• скорость распространения колебательного движения (V), которая прямо пропорционально связана с длиной волны и частотой колебаний V =  l ν.
• фаза колебаний – физическая величина, определяющая при заданной амплитуде состояние колебательной системы в любой момент времени. Измеряется в угловых единицах или долях периода колебаний. Например, точка y на рис. 1.2 имеет фазу 90º.

Таким образом, имеются три взаимно перпендикулярных вектора E, H и V. Для естественного света (дневной свет или свет от обычных источников, к которым относится и лампочка светового микроскопа) вектора E и H, находясь в одной плоскости, перпендикулярной V, могут быть ориентированы произвольно, без каких-либо преимущественных направлений колебаний, т.е. присутствуют все возможные направления векторов E и H (см. рис. 1.2).

Человеческий глаз воспринимает лишь небольшую область видимых световых волн от 380 до 760 нм, в которой и ведутся оптические наблюдения. Ниже 380 нм находится область невидимых ультрафиолетовых лучей, а выше 780 нм – инфракрасных. Исаак Ньютон выделил 7 областей видимого света в зависимости от длины волны (см. рис. 1.1б): красный 760–620; оранжевый 620–585; желтый 585–560; зеленый 560–510; голубой 510–480; синий 480–450; фиолетовый 450–380 нм.

Свет с определенной длиной волны называется монохроматическим. Белый свет представляет собой смесь световых волн с различной длиной. Если часть длин волн, входящих в состав белого света, усилена или ослаблена, свет будет казаться цветным. Цветной свет, так же как и белый, является сложным, состоящим из света различных длин волн.