1612045808-897604033167dc1177d2605a042c8fec (533738), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Таким образом, несмотря иа очевилные различия в способах возбуждения и регистрации электромагнитных апли разных диапазонов. все эти волны имеют елиную природу и законы их распространения опнсываютсн одними и теми же днффереицнютьными уравнениями - уравнениями Максвелла. Дадим краткую качественную характеристику электромагнитных волн разных частотных диапазонов и способов их возбуждения и регистрации Электромагнитное излучение возникает при ускоренном движении электрических зарядов Электромагнитные волны (за исключением света) не наблюдались до 1887 г, когда Герцу удалось генерировать волны длиной от 1О до 100 м с помощью искрового разряда между заряженным и заземленным металлическими гпарамн.
Освовной недостаток такого излучатели — затухание колебаний и большая ширина спектра часип излучаемых волн. С помопгью современнык методов, основанных на использовании электронных ламп и транзнсторон можно генерироиать монохроматические электромагнитные волны с частотамн до 10 ' Гц. Эта область частот простирается от радиоволн до мнкроволн. Диапазон радиоволн используют для радиовещания (длинные, средние н короткие волны), телевидения н космической связи (ультракороткие волны). Радиолокации и радиорелейные линии используют мнкроиолновый диапазон.
Для возбуждения излучения с частотами выше гранины микроволнового диапазона традиционные электронные методы непригодны. В лабораторном эксперименте излучение оптического диапазона получают с помопгью методов, основанных иа слелуюших фнзичсских явлениях. 1. Свечение раскаленных твердых или жидких тел (тепловое излучение), обеспечивающее непускание сплошного спектра.
Тепловое излучение особенно эффективно в ближней инфракрасной области. Электрическая дуга между угольными электродами и электрический разряд в лампах высокого давления являются хорошими источниками сплошного спектра в видимой и ближней ультрафиолетовой областях. 2. Свечение возбужденных разреженных газов, вызванвое квантовыми переходами внешних электронов в атомах и молекулах с высоких энергетичесник уроиней на низкие.
Это излучение имеет дискретный спектр, т. е. состоит из узких спектральнык линий. Ртутная дуга низкого давления дает пример источника лииейчатшо спектра, отдельные линии которого можно выделить с ппмоюью фильтров. П!прокос распространение в лабораторной практике получили безэлсктродные лампы. возбуждаемые СВЧ-разрядом. 3. Свечение раалнчных тел под действием излучения (фотолюмииесценцня) или бомбардировки электронным пучком (катодолюминесценцня). Все перечисленные источники оптического излучения принципиально отличаются от источников радио- и СВЧ-днапазонов. Иалучение электромагнитных волн радио- диапазона происходит при ускоренном движении Электронов в антенне радиопередатчика. Все электроны в антенне движутся согласованно:они совершают вынужденные колебания в одинаковой фазе.
Так как эти колебании могут поддерживаться очень долго и с высоким постоянством частоты, то излучаемые при этом волны с большой степенью точности можно считать монохроматическими (когерентными). Но любой из упомянутых источников света — это скопление множества возбужденных или все время возбуждаемых атомов, нзлучаюших волновые цуги конечной протяженности. Даже в том случае, когда эти цуги можно характеризовать одной и той же длиной волны. из-за независимого характера актов спонтанного испускания света отдельными атомами спбтношения фаз между цугами полн имеют совершенно случайный характер и непрерывно изменяютси Излучение обычных источников света, таких, как раскаленные тела, возбуждаемые электрическим разрядом газы и т.
п., представляет собой наложение огромного числа не согласованных между собой цугон волн, т. е. фактически «световой шум» вЂ” беспорядочные, некогереитные колебания электромагнитного поля. Чрезвычайно большие возможности открывает применение в оптических экспериментах принципиально новых источников света лазеров (оптических квантовых генераторов1. Благодаря использованию вынужденного излучения в таком источнике все возбужденныс атомы испускают электромагнитные волны согласованно, подобно тому, как это происходит в антенне радиопередатчика. В результате образуется световая волна близкая по своим свойствам к моиохроматической, — когерентная электромагнитная волна.
Особые спойства таких источников света. заключающиеся в способности концентрировать энергию в спектре, ио врычени, в пространстве, связаны с высокой когеренгностью их излучении. Сам факт их сушествпвания заставляет по-иному подходить к изучению многих бптнческих явлений.
Наиболес важные сносном регистрапии электромагнитных волн оптичесжэго дна. назона основаны иа измерении перенаснмо!о волной потока энергии. Для этой цели используются фотоэлектрические явления (фотоэлементы. фотоумножители, электронно-оптнчесние преобразователи, фоторезнсторы и фотодиоды), фотохимические явления (фотоэмульсин1, фотолюминесценция (различные люмиаесцируюшие экраны), термоэлектрические явлении (термостолбикн, болометры). Визуальный метод регистрации излучения основан на чувствительности человечесного глаза к свету с длинами волн от 0,4 ло 0,7 мкч.
В пределах этого интервала чувствительность глаза неодинакова. Закон ее изменения иллюстрирует кривая видности, приведенная на переднем форзаце (по оси ординат отложена относительная чувствительность глава, т. е. величина. обратная мошности монохроматического излучения, вызывающей одинаковое зрительное огнушеиие]. Несмотря на субъективный характер таких оценок, кривая видиости мало изменяется при перекоде от одного наблюдателя к другому. Лишь у некоторых людей спентральная чувствительность глаза заметно отличается от нормы.
Чувствительность нормального глаза достигает максимального значения в зеленой области спектра орн 5=555 нм. На видимую область спектра приходится значительная доля энергии излучения Солнца. В этом нет ничего удивительного, ибо особенности человеческого зрения обусловлены длителы~ым нрйснпсаблснием органов чувств человека к условиям, сложившимся на нашей планете, где самым важным источником света всегда было Солнце.
А вот совпадение видимой глазом области спектра с одним из мжон прозрачмости» земной атмосферы, также играющее искл чительно важную роль в повседневной жизни, слезует,уже расс т ода о п ироды. т)Фатх'. Отметим, что вопрос о восприятии света глазом относится, строго говоря, к физиоЛогической оптике, которая не рассматривается в этой книге, содержашей изложение физической оптики. Впрочем, с восприятием света связано множество явлений, в которых тесно переплетаются и физические, и физиологические процессы.
Например, в формировании изображений предметов, воспринимаемых глазом, важную роль играют физические процессы преломления света в хрусталике и стекловилном теле. А особенности восприятия цветов (например, исчезновение окраски предметов при слабом освенГении, связанное с наличием лаух сортов рецепторов в сетчатке глаэа, и различие спектральной чувствительности при ярком и сумеречном освещении) и особенности восприятия движушихся объектов обусловлены характером переработки информации на пути к зрительным центрам головного мозга и относятся к области физиологии.
Всем приемникам света присуши инерционность, характеризуемая временем разрешения. При визуальном наблюденнием() ~С„ Колебания интенсивности,'происходящие за меньшие времена, глаз различить не в состоянии, и зрительное ощущение определяется средней эа время т интенсивностью. Поэтому мы не замечаем быстрых (по сравнению с т) мельканий света от люминесцентиых ламп (эти мелькания хлрактернзуются периодом Т = 0,01 с). от экрана телевизора или киноэкрана (7=0,02 с). Для фотоматериалов (т.. е. при фотографической регистрации) время экспозиции обычно составляет 10 ' — 10' с.
В приемниках света, используюшик ячейки Керра и качестве затворов, время т может быть доведено да 10 'э с. Наименее инврциоиные фстоэлектрические приемники характеризуются временем разрсшения порядка 10 с. За пределами прнмыкаюшей к видимому свету со стороны высоких частот ультрафиолетовой области начинается рентгеновское излучение, обладающее боль~гюй проникающей способностью.
Различают непрерывный и линейчатый спектры рентгеновского излучения. Непрерывный спектр связан с изчучением быстрого электрона при его торможении в теле антикатода. При увеличении ускоряюшего напряжения (7 и, следовательно, кинетической энергии электронов (шпт/2 =-е()) коротковолновая граница этого тормозного излучения смешается (максимальная энергия излучаемых рентгеновских квантов Ь» равна кинетической энергии е(l бомбардируюшнх электронов) и, кроме то~о, появляются узкие макси»~умы (характернстическое излучение) Длины волн этих дискретных линий зависят от того, какой химический элемент использован в качестве материала антикатода.
Электрон, бомбарднруюший антикатод, обладает большой кинетической энергией и может выбить электрон с внутренней оболочки атома В результате атом оказывается вотбтжлсиныл~ и может совершить квантовый переход в огноанш состояние г испусканием кванта электромагнитной»нергии. Благодаря бгюьшой разности энергий основного состояния и состояния с возбтждепием электрона внутренней оболочки для всех атомов с атомным номером Х порндка 10 или больше это излучение принадлежит рентгеновской области спектра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
