Поперечная плоскость светового луча

[georgii-2]

Поперечный срез узкого поляризованного луча или луча лазера.
Как расположены силовые линии магнитного поля в этом срезе?
Допустим что срез движется или если неподвижен, то как меняется расположение линий?
Получил недавно ответ, что человек никогда не видел чтобы изображались силовые линии переменных полей.
Собственно хочу уяснить принцип поляризации поперечных эл.магнитных волн.

[Munin]

georgii-2 в сообщении #772568 писал(а):

Поперечный срез узкого поляризованного луча или луча лазера.
Как расположены силовые линии магнитного поля в этом срезе?

Повдоль направления поляризации.

(В оптике принято, что плоскость поляризации - это плоскость вектора магнитного поля, а электрический вектор расположен поперёк этой плоскости. Причины этого соглашения исторические, и значения не имеют. Выбрать можно было любой из этих двух векторов. В электромагнитной волне они всегда перпендикулярны.)

georgii-2 в сообщении #772568 писал(а):

Получил недавно ответ, что человек никогда не видел чтобы изображались силовые линии переменных полей.

Ну, это проблемы этого человека, и всё. Чаще, действительно, изображают не линии, а вектор поля, на оси вдоль волны. Но для плоской волны, например, остальные оси изображать избыточно: по ним всё константа. Для неплоских волн, например, для волны излучения диполя, полно соответствующих изображений, даже в Википупии:
http://en.wikipedia.org/wiki/Dipole#Dipole_radiation
http://en.wikipedia.org/wiki/Dipole_antenna#Radiation_pattern_and_gain

georgii-2 в сообщении #772568 писал(а):

Собственно хочу уяснить принцип поляризации поперечных эл.магнитных волн.

Для этого не надо возиться с линиями поля. Для этого нужно возиться с векторами поля и уравнениями Максвелла.

[georgii-2]

Спасибо, но как быть со срезом луча лазера?
Как там замыкаются магнитные линии?

[Munin]

Во-первых, что значит "замыкаются"? Они не обязаны замыкаться.

Во-вторых, если вы рассматриваете луч конечной ширины, на его краях вам придётся вспомнить волновую оптику и дифракцию. Этот луч расходится. Это слишком сложно для начинающего, но в оптике есть стандартная модель луча конечной ширины - гауссов пучок.

Вот на краях такого расходящегося луча линии магнитного поля будут "замыкаться", так же как и линии электрического поля. Точную картину рисовать лень, но качественно - это будет что-то аналогичное тому, как на приведённых картинках дипольной волны "замыкаются" линии сверху и снизу. Можно взять формулы гауссова пучка, и всё тупо рассчитать.

[georgii-2]

Вот потому и спрашиваю, что детально не получается пока нарисовать эту картинку.

[georgii-2]

Munin в сообщении #772659 писал(а):

Во-первых, что значит "замыкаются"? Они не обязаны замыкаться.

Это тогда вообще непонятно.
"Отшнурованные" волны вроде должны иметь замкнутые силовые линии, но вот и не догоняю, происходит ли это в поперечной поверхности луча или нельзя обойтись поверхностью среза, т.е. в поверхности среза неполная картина?

[Munin]

Возникают вопросы:
- насколько именно детально вам нужно её нарисовать,
- и зачем?

-- 09.10.2013 19:38:42 --

georgii-2 в сообщении #773054 писал(а):

"Отшнурованные" волны

Что такое "отшнурованные" волны? Чтобы вас понимали, вы должны пользоваться словами, известными окружающим.

georgii-2 в сообщении #773054 писал(а):

"Отшнурованные" волны вроде должны иметь замкнутые силовые линии

или не должны. Почему вообще вы считаете, что должны?

В некоторых элементарных изложениях электродинамики (то есть, слишком "детских") произносится такая формулировка с ошибкой: линии магнитного поля *) нигде не начинаются и не заканчиваются, и поэтому замкнуты. На самом деле, у линий поля, которые нигде не начинаются и не заканчиваются, есть ещё как минимум две возможности:
- уйти на бесконечность (и прийти из бесконечности);
- и бесконечно наматываться в конечной области, не замыкаясь на самих себя.
Эти варианты требуют понимания математики на уровне 1-2 курсов, и поэтому упоминаются не во всех учебниках электродинамики. Но надо их иметь в виду.

*) Надо уточнять, линии какого поля, потому что здесь есть как минимум два поля (электрическое и магнитное), а по большому счёту, четыре (\footnotesize $\mathbf{E},\mathbf{D},\mathbf{B},\mathbf{H}$). У них у всех разные свойства.

georgii-2 в сообщении #773054 писал(а):

но вот и не догоняю, происходит ли это в поперечной поверхности луча или нельзя обойтись поверхностью среза, т.е. в поверхности среза неполная картина?

Скорее всего, то, что вас интересует, происходит на краях луча.

[Alex-Yu]

Munin в сообщении #772603 писал(а):

В оптике принято, что плоскость поляризации - это плоскость вектора магнитного поля,

Долгое время было действительно так. Но в последние десятилетия часто под плоскостью поляризации понимают плоскось электрического поля. Особенно в вопросах связанных с рассеянием света. Так что тут надо проявлять осторожность и выяснять, что именно считается плоскостью поляризации в конкретном случае. Путаница на этот счет нынче случается очень часто.

[Munin]

Alex-Yu в сообщении #773096 писал(а):

Но в последние десятилетия часто под плоскостью поляризации понимают плоскось электрического поля.

О, интересно, не знал. Это оговаривается, или уже просто подразумевается по умолчанию?

[georgii-2]

Вот и получается - вроде элементарная вещь, рисунок силовых линий в поперечной поверхности луча нигде не показывается.
А ведь поперечная волна иначе действует чем продольная.
На поверхности жидкости всё предельно ясно, здесь же, во всяком случае для меня, непонятен механизм колебаний.
То ли в каждом последующем слое меняется густота линий, то ли она имеет градиент, например вертикальный, то ли и то и другое.
Но раз колебания поперечные, то всё это должно происходить именно в поперечных пооверхностях.

[Alex-Yu]

Munin в сообщении #773196 писал(а):

Но в последние десятилетия часто под плоскостью поляризации понимают плоскось электрического поля.
О, интересно, не знал. Это оговаривается, или уже просто подразумевается по умолчанию?

Вот в том и беда, что уже по умолчанию. Но не у всех. Так что никогда не знаешь какое именно умолчание использует автор, приходится выяснять по контексту или спрашивать (если есть возможность).

В принципе, использовать вектор Е более естественно. Т.к. взаимодействие со средой удобнее описывать именно электрической восприимчивостью, а не магнитной. Кстати, тут есть еще один интересный момент: можно весь вклад магнитной восприимчивости "засунуть" в пространственную дисперсию электрической восприимчивости (наоборот тоже в принципе можно). Что в оптике и делают, там магнитная восприимчивость не используется, как правило. Об этом довольно детально написано в "Кристаллооптике с учетом пространственной дисперсии.." Аграновича и Гинзбурга, например. Рекомендую почитать.

[Xey]

Alex-Yu в сообщении #773096 писал(а):

Долгое время было действительно так. Но в последние десятилетия часто под плоскостью поляризации понимают плоскось электрического поля.

Мне кажется в последние столетия .
В учебниках описывают пример со стоячей волной в фотоэмульсии.
Ее почернение находят там, где должен находиться максимум электрического поля, а не магнитного. Поэтому постановили , что электрическое главнее.

[Munin]

georgii-2 в сообщении #773306 писал(а):

Вот и получается - вроде элементарная вещь, рисунок силовых линий в поперечной поверхности луча нигде не показывается.

Ну хотите, я вам нарисую? Правда, рисую я как курица лапой...

georgii-2 в сообщении #773306 писал(а):

А ведь поперечная волна иначе действует чем продольная.

А при чём здесь это?

georgii-2 в сообщении #773306 писал(а):

На поверхности жидкости всё предельно ясно

Кстати, ровно наоборот, на поверхности жидкости всё гораздо сложнее. Для начала, поверхностные волны не являются ни продольными, ни поперечными.

georgii-2 в сообщении #773306 писал(а):

здесь же, во всяком случае для меня, непонятен механизм колебаний.

Во-первых, никогда, слышите, НИКОГДА не путайте колебаний и волн! В электромагнитной волне нет колебаний! Там есть волна!

Во-вторых, для механизма - изучайте уравнения Максвелла. Я вам про них уже сказал. Вы готовы слушать? Или вы будете всё в одно ухо впускать, а в другое выпускать?

georgii-2 в сообщении #773306 писал(а):

То ли в каждом последующем слое меняется густота линий, то ли она имеет градиент, например вертикальный, то ли и то и другое.

И то, и другое. Но вдали от краёв - "густота линий". Но лучше вам думать о ней не как о "густоте", а как о величине вектора.

georgii-2 в сообщении #773306 писал(а):

Но раз колебания поперечные, то всё это должно происходить именно в поперечных пооверхностях.

Нет. Вы путаете понятие поперечных колебаний и понятие плоской волны.

Alex-Yu в сообщении #773352 писал(а):

Так что никогда не знаешь какое именно умолчание использует автор, приходится выяснять по контексту или спрашивать (если есть возможность).

Пройти по ссылкам не помогает? По тем, из которых цитируются самые базовые уравнения или экспериментальные факты. Впрочем, на них могут ссылок и не давать...

Xey в сообщении #773367 писал(а):

Мне кажется в последние столетия .
В учебниках описывают пример со стоячей волной в фотоэмульсии.
Ее почернение находят там, где должен находиться максимум электрического поля, а не магнитного. Поэтому постановили , что электрическое главнее.

Плоскость поляризации была придумана в 19 веке, в опытах с кристаллами, ещё до построения теории Максвелла электромагнитных волн. И с тех пор традиция и идёт. По крайней мере, кристаллы турмалина и поляроды маркируют везде одинаково, иначе бардак.

[georgii-2]

Munin в сообщении #773433 писал(а):

Ну хотите, я вам нарисую? Правда, рисую я как курица лапой...

Ей богу, нарисуйте как сможете.
А с формулами мне нынче тяжеловато будет, седьмой десяток, интегрирование то кое как вспоминаю. Рабочий класс.
Буду, конечно потихоньку грызть, спасибо за помощь.

-- 10.10.2013, 19:19 --

Munin в сообщении #773433 писал(а):

Во-первых, никогда, слышите, НИКОГДА не путайте колебаний и волн! В электромагнитной волне нет колебаний! Там есть волна!

Как помню из школы, когда рассматриваемый объём или поверхность меньше длины волны, то можно вести речь о колебаниях.
Так представлял это дело.

И спасибо за тычок, посмотрю - "плоская волна".

[Munin]

georgii-2 в сообщении #773455 писал(а):

А с формулами мне нынче тяжеловато будет, седьмой десяток, интегрирование то кое как вспоминаю. Рабочий класс.

Понимать физику можно только через формулы. Например, то, что я нарисую, будет только частный случай. А формулы позволяют охватить все случаи.

Для начала, вспомните всё-таки уравнения Максвелла.
Зильберман. Электричество и магнетизм.
Тамм. Основы теории электричества.

georgii-2 в сообщении #773455 писал(а):

Как помню из школы, когда рассматриваемый объём или поверхность меньше длины волны, то можно вести речь о колебаниях.
Так представлял это дело.

Неправильно!

Например, в колебаниях энергия остаётся на месте, но превращается из одного вида в другой (например, из потенциальной в кинетическую). В волне энергия не превращается из одного вида в другой, а движется в пространстве.

Ещё отличие: колебания всегда происходят по синусоиде, а волна, в принципе, может быть сделана любой формы.

На самом деле, у них просто сильно разные математические аппараты. Обыкновенное дифференциальное уравнение для функции одной переменной ($t$), и дифференциальное уравнение в частных производных для функции нескольких переменных ($t,x,$ иногда $t,x,y,z$).

Иродов. Колебания и волны.