النظرية الكهرومغناطيسية للضوء
الضوء هو موجة كهرومغناطيسية مستعرضة تنبع خصائصها من معادلات ماكسويل، التي تحدد سرعتها وتحكم انتشارها عبر الأوساط.
Definition
وصف الضوء كاهتزاز مستعرض ذاتي الاستدامة للمجالات الكهربائية والمغناطيسية ينتشر وفقًا لمعادلات ماكسويل، مع تحديد سرعته وشدته وتشتته بواسطة الخصائص الكهرومغناطيسية للوسط.
Scope
يغطي هذا الموضوع وصف الضوء كحل لمعادلات ماكسويل: معادلة الموجة الكهرومغناطيسية، الموجات المستوية والكروية، الطبيعة المستعرضة للمجالات، سرعة الضوء المرتبطة بالسماحية والنفاذية للمادة، تدفق الطاقة الموصوف بواسطة متجه بوينتنج والشدة، وسلوك الضوء في الأوساط العازلة بما في ذلك التشتت ومعامل الانكسار المركب. وهو يؤسس الأساس الموجي الذي تقوم عليه ظواهر التداخل والحيود والاستقطاب.
Core questions
- كيف تؤدي معادلات ماكسويل إلى معادلة موجية للضوء؟
- لماذا الضوء موجة مستعرضة وماذا يعني ذلك لمجالاته؟
- كيف ترتبط سرعة الضوء بخصائص الوسط؟
- كيف تُقاس الطاقة التي يحملها الضوء كميًا؟
Key concepts
- معادلات ماكسويل
- معادلة الموجة الكهرومغناطيسية
- موجة مستعرضة
- متجه بوينتنج
- الشدة البصرية
- معامل الانكسار
- التشتت
- سرعة الضوء
Key theories
- معادلة ماكسويل للموجة الكهرومغناطيسية
- يؤدي دمج معادلات ماكسويل في منطقة خالية من المصادر إلى معادلة موجية تنتشر حلولها بسرعة تحددها سماحية الوسط ونفاذيته، مما يحدد الضوء كموجة كهرومغناطيسية.
- متجه بوينتنج والشدة البصرية
- يُعطى تدفق الطاقة الكهرومغناطيسية بواسطة متجه بوينتنج، الذي يحدد متوسطه الزمني الشدة البصرية التي تقيسها الكواشف.
Clinical relevance
يُعد الوصف الكهرومغناطيسي للضوء أساسًا للمعالجة الكمية لكيفية امتصاص الأنسجة للضوء وتشتيته وانكساره، وهو أمر أساسي للتشخيصات البصرية، والتفاعل بين الليزر والأنسجة، وتصميم أنظمة التصوير الطبي والعلاج بالضوء.
History
تنبأ ماكسويل بالموجات الكهرومغناطيسية وحسب سرعتها في ستينيات القرن التاسع عشر، ووجد أنها تساوي سرعة الضوء المقاسة، واستنتج أن الضوء كهرومغناطيسي. أكد هرتز وجود هذه الموجات تجريبيًا في عام 1887، وشرحت نظرية لورنتز للإلكترون لاحقًا التشتت من حيث استجابة الشحنات في المادة.
Key figures
- James Clerk Maxwell
- Heinrich Hertz
- Hendrik Lorentz
Related topics
Seminal works
- hecht2017
- bornwolf1999
Frequently asked questions
- لماذا يتباطأ الضوء في الزجاج أو الماء؟
- في الوسط، يدفع المجال الكهرومغناطيسي الشحنات المقيدة للمادة، والتي يتحد إشعاعها الثانوي مع الموجة الأصلية ليعطي موجة صافية تتقدم ببطء أكبر، وهو ما يعبر عنه بمعامل انكسار أكبر من واحد.
- ماذا يعني أن الضوء موجة مستعرضة؟
- تشير المجالات الكهربائية والمغناطيسية المتذبذبة بشكل عمودي على اتجاه الانتشار وعلى بعضها البعض، وهذا ما يجعل الاستقطاب ممكنًا.