Основные параметры электромагнитной волны

Синусоидальная волна – это волна, амплитуда которой изменяется по синусоидальному закону. Например, изменение величины вектора напряженности электрического поля электромагнитной волны описывается во времени функцией:

E = E₀sin(w t - kx - j ) (1.1)

где Ф = (w t - kx - j ) – начальная фаза колебания (фаза волны).

Когерентные волны. Две волны являются когерентными, если разность их фаз постоянна во времени. Волны одной частоты когерентны всегда.

Интерференция волн - это наложение когерентных волн, при котором наблюдается устойчивое во времени взаимное усиление в одних точках пространства и ослабления в других точках в зависимости от соотношения между фазами этих волн. Результат интерференции двух волн в конкретной точке пространства зависит от разности хода волн.

Дифракция волн - это совокупность обусловленных волновой природой электромагнитного излучения явлений, которые наблюдаются при распространении волны в среде с резко выраженной неоднородностью (например, при прохождении через отверстия в экранах, вблизи границ непрозрачных тел и т.д). В более узком смысле, дифракция - это огибание волной встречных препятствий. В опыте дифракция проявляется интерференцией лучей, распространяющихся от различных точек препятствия.

Излучение, в котором содержится электромагнитная волна одной длины (частоты), называется монохроматическим. Полихроматическое излучение (волновой пакет) можно разделить на монохроматические пучки. В случае видимого, инфракрасного и ультрафиолетового излучений для этой цели используют призмы и дифракционные решетки.

В квантовой механике электромагнитное излучение представляется состоящим из энергетических пакетов (квантов, фотонов), которые движутся со скоростью света. Различные виды излучения характеризуются различной энергией.

Вращательная, колебательная и электронная спектроскопии регистрируют поглощение электромагнитного излучения молекулами вещества при взаимодействии их с электрической компоненты излучения. В электронном парамагнитном (ЭПР) и ядерном магнитном (ЯМР) резонансе с веществом взаимодействует магнитная компонента излучения.

Для того чтобы происходило поглощение электромагнитной волны веществом (атомами, молекулами) величина кванта энергии этой волны должна быть равной или большей разности энергий двух уровней (DЕ), соответствующих различным состояниям молекулы. Необходимая длина волны (l) или частота (n) такого излучения определяются соотношением Бора-Планка:

(1.2)

где h—постоянная Планка (имеет размерность действия и равна

6,623 10^-34 Дж с/моль).

Это уравнение связывает между собой волновую и корпускулярную природу электромагнитного излучения (в частности света). При поглощении одного кванта энергии hn молекула переходит в состояние с более высокой энергией. Как видно из уравнения (1.2), виды электромагнитного излучения (т.е. излучение с различной l) отличаются по энергии. Поэтому различные виды спектральных приборов (спектрофотометров) предназначены для измерения энергии перехода между различными состояниями (электронными, колебательными, вращательными) молекулы.