Трофимова Т.И. - Курс физики (1092345), страница 95
Текст из файла (страница 95)
е. диэлектрики имеют сплошной спектр поглощения. Это связано с тем, что в диэлектриках нет свободных электронов и поглощение света обусловлено явлением резонанса при вынужденных колебаниях * П. Бугер (1698 — ! 758) — французский ученый.
!' л в в в 24, Взаимодействие электромагнитных воли с вгшеством заз электронов в атомах и атомов в молекулах диэлектрика. Коэффициент поглощения для металлов имеет большие значения (примерно 1О' — 10' см ') и поэтому металлы являются непрозрачными для света. В металлах из-за наличия свободных электронов, движущихся под действием электрического поля световой волны, возникают быстро- переменные токи, сопровождающиеся выделением джоулевой теплоты. Поэтому энергия световой волны быстро уменьшается, превращаясь во внутреннюю энергию металла.
Чем выше проводимость металла, тем сильнее в нем поглощение света. На рис. 27! представлены типичная зависимость коэффициента поглощения а от длины волны светай и зависимость показателя преломления н от л в области полосы поглощения. Из рисунка следует, что внутри полосы поглощения наблюдается аномальная дисперсия (и убывает с уменьшением й). Однако поглощение вещества должно быть значительным, чтобы повлиять на ход показателя преломления. Зависимостью коэффициента поглощения от длины волны объясняется окрашенность поглошающих тел.
Например, стекло, слабо поглощающее красные и оранжевые лучи н сильно поглощающее зеленые и синие, при освещении белым светом будет казаться красным. Если на такое стекло направить зеленый и синий свет, то из-эа сильного поглощения света этих длин волн стекло будет казаться черным.
Это явление используется для изготовления светофильтров, которые в зависимости от химического состава (стекла с присадками различных солей, пленки из пластмасс, содержащие красители, ил Рис. 27! растворы красителей и т. д.) пропускают свет только определенных длин волн, поглощая остальные. Разнообразие пределов селективного (избирательного) поглощения у различных веществ объясняет разнообразие и богатство цветов и красок, наблюдающееся в окружающем мире. Явление поглощения широко используется в абсорбционном спектральном анализе смеси газов, основанном на измерениях спектров частот и интенсивностей линий (полос) поглощения.
Структура спектров поглощения определяется составом и строением молекул, поэтому изучение спектров поглощения нвляется одним из основных методов количественного к качественного исследования веществ. 188. Эффект Д<>плера Эффект Доплера в акустике (см. $159) объясняется тем, что частота колебаний, воспринимаемых приемником, определяется скоростями движения источника коле. баний и приемника па отношению к среде, являющейся носителем звуковых волн.
Эффект Доплера наблюдается также н для световых волн. Так как особой среды, служащей носителем электромагнитных волн, не существует, то частота световых волн, воспринимаемых приемником (наблюдателем), определяется только относительной скоростью источника и приемника (наблюдателя). Согласно принципу относительности Эйнштейна (см. э 35), уравнение световой волны во всех инерциальных системах отсчета одинаково па форме. Используя преобразования Лоренца (см.
$36), можно получить уравнение волны, посылаемой источником, в направлении приемника в другой инерциальной системе отсчета, а следовательно, и связать частоты световых волн, излучаемых источником (тв) н воспринимаемых приемником (и). Теория относительности приводит к следующей форме, описывающей эффект Даплера для электромагнитных волн в вакууме: 4:"~" 4:У 1+(о/с) сон б 1+р соэ б (188.1) Б Оптика. Квантовая 3(!4 прирохв иэ.~у~ммпя где о — скорость источника света относительно приемника, с — скорость света в вакууме, 8=в/с, б — угол между вектором скорости в и направлением наблюдения, измеряемый в системе отсчета, связанной с наблюдателем. Из выражения (!88.1) следует, что при 0=0 .Л вЂ” о/с ъà — 8 у=то ' =то " .
(188.2) ' ~~+о/с ' уГ!+й Формула (188.2) определяет так называемый продольный эффект Доплера, наблюдаемый при движении приемника вдоль линии, соединяющей его с источником. При малых относительных скоростях о (в ~ с), разлагая (188.2) в ряд по степеням 8 и пренебрегая членом порядка ()т, получим "= "о (1 — 8) = чо (1 — и/с). (188.3) Следовательно, при удалении источника и приемника друг от друга (при их положительной относительной скорости) наблюдается сдвиг в область более длинных волн (т(чо, Л)Ла) — так называемое красное смещение. При сближении же источника и приемника (при их отрицательной относительной скорости) наблюдается сдвиг в область более коротких волн (т) то, Л(Лп) — так называемое фиолетовое смещение.
Если б=п/2, то выражение (188.1) примет вид .-.уГ-"7Р=.4х У (188.4) Формула (188.4) определяет так называемый поперечиый эффект Доплера, наблюдаемый при движении приемника перпендикулярно линии, соединяющей его с источником. Из выражения (188.4) следует, что поперечный эффект Доплера зависит от й~, т. е. при малых 8 является эффектом второго порядка малости по сравнению с продольным эффектом, зависищим от 8 (см.
(188.3) ), Поэтому обнаружение поперечнога эффекта Доплера связано с большими трудностями. Поперечный эф- фект, хотя и много меньше продольного, имеет принципиальное значение, так как ие наблюдается в акустике (при ам~с из (!88.4) следует, что ч=чо!), и является, следовательно, чисто релятивистским эффектом. Ои связаи с замедлением течения времени движущегося наблюдателя. Экспериментальное обнаружение поперечного эффекта Доплера явилось еще одним подтверждением справедливости теории относительности; ои был обнаружен в 1938 г. в опытах американского физика Г.
Айвса. Продольный эффект Доплера был впервые обнаружен в 1900 г, в лабораторных условиях русским астрофизиком А. А. Белопольским (1854 †19) и повторен в 1907 г, русским физиком Б. Б. Голицыным (1862 — 1919). Продольный эффект Доплера используется при исследовании атомов, молекул, а также космических тел, так как по смещению частоты световых колебаний, которое проявляется в виде смешения или уширеиия спектральных линий, определяется характер движения излучающих частиц или излучающих тел. Эффект Доплера получил широкое распространение в радиотехнике и радиолокации, например в радиолокационных измерениях расстояний до движущихся объектов.
й' !89. Излучение Вавилова — Черенкова Советский физик П. А. Черенков (1904— 1990), работавший под руководством Вавилова, показал, что при движении релятивистских заряженных частиц в среде с постоянной скоростью в, «ревышающей фазовую скорость света в этой среде, т.е. при условии в)с/и (п — показатель преломления среды), возникает электромагнитное излучение, названное впоследствии излучением (эффектом) Вавилова — Черенкова. Природа данного излучения, обнаружеииого для разнообразных веществ, в том числе и для чистых жидкостей, подробно изучалась С. И.
Вавиловым. Он показал, что данное свечение не является люмииесцеицией (см. 4 245), как Г' л а а з 24. Вззкмодейсгвие электромзпштных залп с ш п.сгэоч 305 т. е, вдоль образующих конуса, ось кото- рого совпадает с направлением скорости частицы. Определим угол б Контрольные вопросы Чем отлпчаетси нормальная дисперсия ат авомальной? По каким признакам можно отличить спектры, полученные с помошью призмы и дифракцион- ной решетки? В чем заключаются основные положении н выводы электронной теории дисперсии света? Почему металлы сильно поглощают свет? В чем основное отличие эффекта Доплерз для световых волн в эффекта Доплера в акустике? Почему поперечный эффект Доплера чисто релятивистский эффект? Чем он обусловлен? Когда возникает излучение Вавилова †Черенко? Задачи 24.1. На грань стекпвввой призмы (л=!,51 нормально падает луч света. Определить угол отклонении луча призмой, если ее преломлиюшия угол равен 25' [14'201 24.2. При прохождении света в некотором веществе пути х его интенсивность уменьшилась з два раза.
Определить, во сколько раз уменьшится интенсивность све1 в при прохождении им пути 4х. [В 15 раз) считалось ранее, и высказал предположение, что оно связано с движением свободных электронов через вещество. Излучение Вавилова — Черенкова в 1937 г. было теоретически объяснено советскими учеными И. Е. Таммом (1895— 1971) и И.М. Франком (р. 1908) (Черенков, Тамм и Франк в 1958 г. удостоены Нобелевской премии) .
Согласно электромагнитной теории, заряженная частица (например, электрон) излучает электромагнитные волны лишь при движении с ускорением. Тамм и Франк показали, что это утверждение справедливо только до тех пор, пока скорость заряженной частицы не превышает фазовой скорости с/л электромагнитных волн в среде, в которой частица движется. Если частица обладает скоростью и- с/л, то, даже двигаясь равномерно, она будет излучать электромагнитные волны.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
