Ландсберг Г.С. - Оптика (1070727), страница 126

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 126)

ДИСПЕ1~СИЯ И АБСОРБПИЯ СВЕТА 521 0 0,04 0,02 0 0,02 0,04 ~ = 1оехр (158.1) где т — величина, выражающаяся через заряд и массу электрона и показывающая, за какое время интенсивность излучения уменьшается Для характеристики степени монохроматичности спектральных линий, т.е. излучения практически изолированных атомов, надо исследовать распределение интенсивности излучения по частотам с помощью прибора высокой разрешающей способности, например интерферометра Майкельсона или Фабри — Перо. Результат такого исследования можно представить в виде диаграммы (рис.

28.16), где по оси абсцисс отложены длины волн, а по оси ординат — соответствующие интенсивности. Конечно, нижние части полученных кривых очень мало достоверны, А В и можно полагать, что в идеальных условиях кривые спадали бы к нулю асимптотически. В разных условиях опыта (различие в природе пара, различие в температуре и давлении его, в степени ионизации и т.д.) форма спек- Рис. 28.16.

Контур линии испускатральной линии, изображенная на ния, полученный с прибором больрис. 28.16, может быть различной. шой разрешающей силы В качестве характеристики ширины линии условно принимают расстояние в ангстремах между двумя точками Л, В, где ордината достигает половины максимальной. Эту условную характеристику принято называть шириной спектральной линии. Как сказано, она в очень благоприятных случаях может составлять 0,001 А и менее, но обычно бывает значительно шире; кроме того, и форма линии может сильно отступать от приведенной на рисунке, будучи иногда заметно асимметричной. Всякая причина, обусловливающая затухание электронных колебаний в атоме, влияет, конечно,на ширину спектральной линии, ибо вследствие затухания колебание перестает быть синусоидальным, и соответствующее излучение будет более или менее отличаться от монохроматического.

Поэтому и затухание вследствие излучения и затухание, обусловленное соударениями, ведут к тем большему уширению спектральной линии, чем больше зна1ение этих факторов. Затухание вследствие излучения должно характеризовать атом, поставленный в наиболее благоприятные условия, т.е. вполне изолированный от воздействия каких-либо внешних агентов. Поэтому ширину, обусловленную этой причиной, называют сстпественной или радиационной шириной спектральной линии. Величина ее обусловлена механизмом излучения атома. Рассматривая атом как электрический диполь, колеблющийся по законам классической электродинамики, мы можем вычислить потерю энергии этого диполя с течением времени,т.е.

отыскать предполагаемый закон естественного затухания свечения. Расчет дает простой экспоненциальный закон МОЛЕКУЛЯР11АЯ О11ТИКА в е раз. В г входит также и частота колебания электрона, так что т для различных линий должна быаь различна. Для видимого света т имеет порядок величины 10 ~ с. В. Вину (1919 г.) удалось наблюдать на опыте такое естественное затухание свечения вследствие излучения, осуществив условия, при которых действие других причин, могущих влиять на ход излучения, было исключено.

В его опытах источником света служили атомы, составляющие пу юк каналовых лучей, летящих внутри хорошо эвакуированной трубки, что исключало соударения светящихся атомов с окружающими. Схема опьпа показана на рис. 28.17. При помощи мощных насосов в пространстве Л поддерживается достаточное разрежение (< 0,001 мм рт. ст.), несмотря на то, что в части В, соединенной с Л узкой диафрагмой (0,1 х 3 мм ), имеется давление около 0,05 мм рт.

ст., К сосуду А К насосам Рис. 28.17. Схема опыта Вина по наблюдению затухания свечения атомов необходимое для создания каналового пучка. Светящиеся атомы, влетев в пространство Л, движутся без столкновений, излучают свет, и колебания в них постепенно затухают. Поэтому интенсивность свечения падает по мере удаления от входного отверстия, и ее падение может служить мерой ес1пестивенного затухания и, следовательно, естественной ширины линий. Наблюденное Вином падение интенсивности приблизительно удовлетворяет агомов о аз .

е 1 о за у а (рис. 28.18) можно непосредственно определить то расстояние, на котором интенсивность свечения падает в е раз. Для того чтобы перейти к соответствующим временам, определялась скорость движения частицы (около 5 10 см~с) по доплеровскому изменению длины волны, испускаемой летящей частицей вдоль направления полета. Из своих опытов Вин получил для т величину около 10 ~ с, несколько меняющуюся от одного вещества к другому и от одной спектральной ли- ГЛ.

ХХЧП1. ДИСПЕ1~СИЯ И АВСОРБПИЯ СВЕТА 523 нии к другой. Таким образом, за время около одной стомиллионной секунды интенсивность свечения вследствие излучения падает приблизительно в три раза. Полученное значение согласуется в общем с предвидением теории, упомянутой выше, хотя и не подтверждает всех ее заключений. Столкновения между атомами обусловливают «ударное» уширение спектральной линии.

При очень низких плотностях, когда соударения редки, или в потоке свободно несущихся каналовых частиц, которые практически не сталкиваются, влияние этой причины уширения может быть сделано настолько малым„что им можно пренебречь. Но при обычных условиях газового свечения, например в разрядной трубке или в ртутной лампе, она может являться одной из серьезнейших или даже самой серьезной причиной уширения линий. Так, в современных ртутных лампах сверхвысокого давления, где давление паров ртути достигает 20 — 30 атм, «линии» ртутного излучения настолько уширены, что само выражение «спектральные линии» теряет смысл. Наблюдалось также заметное уширение спектральных линий при добавлении к светяшемуся газу значительных количеств постороннего газа. Так как в обычных разрядных трубках светящиеся молекулы газа носятся вследствие теплового движения по всем направлениям, то для наблюдателя.

измеряющего ширину спектральной линии, выступает еще одна причина уширения, уже отмечавшаяся в ~ 22: свет посылается движущимися атомами. так что частота его изменена эффектом Доплера (см. ~ 128). Поскольку движение атомов происходит по всевозможным направлениям, составляющим всевозможные углы с направлением наблюдения, то изменение частоты будет соответствовать выражению Ьи = и — соэд, где и — скорость атома и 0 — угол между направлением полета и направлением наблюдения.

Угол д имеет все значения от нуля до 180', а и распределено по закону Максвелла. При температурах в несколько сотен и даже тысяч градусов, нередко соответствующих газовому разряду, это уширение, особенно для легких атомов, может иметь весьма заметную величину. В условиях опыта Вина все излучающие атомы имели практически скорость одного направления, а именно, направления каналового пучка; направление же наблюдения было выбрано перпендикулярно к линии полета. Поэтому в опытах Вина действие и этой причины было сведено к минимуму. Наконец, следует считаться с тем обстоятельством, что светящиеся атомы могут оказаться под действием магнитных и электрических полей окружающих атомов, вызывающих изменение излучаемой частоты вследствие эффекта Зеемана и эффекта Штарка.

Так как изменение частоты различных атомов различно, то эта причина также ведет к различному уширению спектральных линий. Действие ее (особенно эффекта Штарка) может быть весьма заметным при наличии сильной ионизации и, следовательно, сильных электрических полей. По-видимому, при свечении в разряде электрической искры действие этого фактора очень значительно и вьгзывает сильное уширение (десятые ангстрема и больше) некоторых линий.

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ОНГИКА 1'лава ХХ1Х РАССЕЯНИЕ СВЕТА ~ 159. Прохождение света через оптически неоднородную среду Как уже упоминалось в ~ 157, вторичные волны, вызываемые вынужденными колебаниями электронов, рассеивают в стороны часть энергии, приносимой световой волной. Другими словами, распространение света в веществе должно сопровождаться рассеянием свежа. Достаточным условием для возникновения такого явления служило бы, по-видимому, наличие электронов, способных колебаться под действием переменного поля световой волны, а такие электроны есть в достаточном количестве во всякой материальной среде. Однако нужно помнить, что эти вторичные волны когерентны между собой и, следовательно, при расчете интенсивности света, рассеянного в стороны, надо принять во внимание их взаимную интерференцию.

Действительно, если среда оптически однородна или, другими словами, если ее показатель преломления не меняется от точки к точке, то в одинаковых малых объемах световая волна. индуцирует одинаковые электрические моменты, изменение которых во времени и приводит к излучению когерентных вторичных волн одинаковой амплитуды. На рис. 29.1 представлен случай распространения плоской монохроматической волны в однородной среде. На волновом фронте АА' выделим объем 1'1* с линейными размерами, малыми по сравнению с длиной волны Л падающего света, но содержащий достаточно много молекул, чтобы среду можно было рассматривать как сплошРис.

Характеристики

Список файлов книги