Bu bölümde, elektromanyetik dalgaların temel özelliklerini (enine dalga olmaları, polarizasyon, yansıma, kırılma, kırınım, girişim vb.) ve $\vec{E}$ ile $\vec{B}$ alanları arasındaki ilişkiyi öğreneceğiz.
Elektromanyetik dalgalar enine dalgalardır. Bu, alanların salınım yönünün dalganın yayılma yönüne dik olduğu anlamına gelir. $x$ yönünde yayılan bir düzlem EM dalga için:
$\vec{E}$, $\vec{B}$ ve yayılma yönü ($\vec{v}$) sağ el kuralına uyar:
Başparmak yayılma yönünü ($\vec{v}$), işaret parmağı $\vec{E}$ yönünü gösterirse, orta parmak $\vec{B}$ yönünü gösterir.
Polarizasyon, elektrik alan vektörünün salınım yönünü tanımlar. EM dalgalar polarizasyon durumlarına göre sınıflandırılır:
| Polarizasyon Tipi | Açıklama | Örnek |
|---|---|---|
| Doğrusal (Lineer) | $\vec{E}$ sabit bir doğrultuda salınır | Lazer ışınları, antenler |
| Dairesel (Sirküler) | $\vec{E}$ ucu dairesel bir yörünge çizer | Kuantum optik, bazı antenler |
| Elipsel (Eliptik) | $\vec{E}$ ucu elips çizer (daireselin genel hali) | Genel durum |
| Polarize olmamış | $\vec{E}$ rastgele yönlerde salınır | Güneş ışığı, ampul ışığı |
Polarizasyon filtreleri (Polaroid), belirli bir doğrultudaki elektrik alan bileşenini geçirir. Bu nedenle polarize olmamış ışık bir polarizörden geçtiğinde şiddeti yarıya iner (Malus yasası).
Burada $\theta$, polarizörün ekseni ile ışığın polarizasyon doğrultusu arasındaki açıdır.
EM dalgalar bir ortam sınırına geldiğinde kısmen yansır, kısmen kırılır (iletildiğinde).
| Yasa | Formül | Açıklama |
|---|---|---|
| Yansıma Yasası | $\theta_i = \theta_r$ | Gelme açısı = Yansıma açısı |
| Snell Yasası (Kırılma) | $n_1 \sin\theta_1 = n_2 \sin\theta_2$ | $n = c/v$: kırılma indisi |
EM dalgalar, tüm dalgalar gibi kırınım (engellerin etrafında bükülme) ve girişim (yapıcı ve yıkıcı girişim) gösterir. Bu özellikler, ışığın dalga doğasının kanıtıdır.
Polarize olmamış bir ışık demeti, bir polarizörden geçiyor. Çıkan ışığın şiddeti $I_0/2$ oluyor. Bu ışık, ikinci bir polarizörden geçiyor ve iki polarizörün eksenleri arasındaki açı $30^\circ$ ise son şiddeti bulunuz.
$\boxed{I_2 = 0.375 I_0}$
Havadan ($n_1 = 1$) suya ($n_2 = 1.33$) gelen bir ışının gelme açısı $45^\circ$ ise kırılma açısını bulunuz.
$\boxed{\theta_2 \approx 32.1^\circ}$
Camın kırılma indisi $n = 1.5$ ise Brewster açısını (polarizasyon açısını) bulunuz. Bu açıda yansıyan ışık tamamen polarize olur.
$\boxed{\theta_B \approx 56.3^\circ}$
Çift yarık deneyinde yarık aralığı $d = 0.1$ mm, ekran uzaklığı $L = 2$ m, dalga boyu $\lambda = 500$ nm'dir. İlk maksimumun merkezden uzaklığını bulunuz.
$\boxed{y = 1\ \text{cm}}$
Su ($n=1.33$) ile hava ($n=1$) ara yüzeyinde tam yansımanın gerçekleşmesi için kritik açıyı bulunuz.
$\boxed{\theta_c \approx 48.8^\circ}$
Bu açıdan daha büyük gelme açılarında ışık tamamen yansır. Bu prensip fiber optik kabloların çalışma esasıdır.
| Özellik | Açıklama |
|---|---|
| Dalga tipi | Enine dalga |
| Yayılma hızı (boşlukta) | $c = 1/\sqrt{\mu_0\epsilon_0} \approx 3\times10^8$ m/s |
| Alan ilişkisi | $E = cB$, $\vec{E} \perp \vec{B} \perp \vec{v}$ |
| Polarizasyon | Sadece enine dalgalarda görülür |
| Yansıma | $\theta_i = \theta_r$ |
| Kırılma | $n_1\sin\theta_1 = n_2\sin\theta_2$ (Snell) |
| Tam yansıma | $\theta_c = \arcsin(n_2/n_1)$ |
| Brewster açısı | $\theta_B = \arctan(n_2/n_1)$ |