1612045808-897604033167dc1177d2605a042c8fec (533738), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Для регистрации рентгеновского излучения используют те же физические явления, что и прн исследонаиии ультрафиолетовых лучей. Главным образом применяют фотохимические, фотоэлектрические н люминесцентные методы, Верхний предел частот электромагнитных воли.
которые могут испускать атомные системы, составляет около 10ю Гц. Излучение более высоких частот (гамманзлучение) испусхается возбужденными атомными ядрами и при превращениях элементарных частиц. Электромагнитные волны различных диапазонов получили разные названия и обнаруживают себя в совершенно несхожих физических явлениях. Но не следует забывать об обгцнх свойствах электро»гагнитных волн: все упоминавшиеся виды излучения имеют единую природу и отличаются друг от друга только своими частотами и характерными длинами волн Распространение всех видов излучения в вакууме подчиняется одним и тем же закономерностям.
Распространение электрочагнитных вгшн в вешестие в тех случаях. когда ллина волны нглика но сраннсиию г межа~винник расстоннинми, можно рассматривать феиомеиологически без учета втомистического строеиия среды. Для этого уравнения Максвелла дополияются материальиыми уравнениями, в которых свойства среды учитыиаются введеиием соответствуюших констант. Укаэанное условие выполияется для радиоволв и волн оптического диапазоиа.
Поэтому электромагнитная теория света, основанная иа макроскопической электродииамике Максиелла, объясняет в обших чертах все явления, связанные с распространением света, Однако оиа ие способиа описать процессы испускаиия и поглошеиия света, которые определяются более топкими особеииостями взаимодействия вещества с электромагиитиым полем. Вопрос об излучеиии и поглогцеиии света атомами относится ие к папой только оптике, так как в него входит и механика самого атома. Наблюдаемые при этом спектральные закоиомериости раскрывают ие только природу спета, ио и структуру атома.
Есгествеииое углублеиие феиомеиологической электромагиитиой теории дает классическая электроииаи теория, рассматриваюжая движение дискретныХ электрических зарядов в вешестве и их взаимодействие с электромагиитиым полем. Электроииая теория вскрывает физическую сушиость процессов, описываемых феяомеиш логической теорией. Классическая электроииая теория достигла больших успехов благодаря работам Г.
А. Лоренца и других учсиых Оиа ие утратила своего значения и а иастояшее время, так как дает правильное качественное объяснение обширному кругу ыектромагиитиых и оптических явлеиий с помощью простых и иаглядиых моделей. Ограниченность классической электроииой теории обусловлеиа лежащим в ее основе предположеиием, что поведение злектроиов и атомах описыиается классической механикой. Трудности этой теории привели к созданию квантовой теории, отражаюшей современные представления о строении вешества. Квантовая теория оказала сильное влияиие и иа предстзвлеиия о природе света.
В этой теории свободное электромагиитиое ноле можно рассматривать как совокупиость частиц, называемых фогоиами или световыми квагцами. Каждый фотия характеризуется эиергией е=йы и импульсом р= — Мъ Такое описаиие поля заиеияет классическое описаяие с помошью напряженности электрического поля и иидукции магиитиого поли. При этом классическая волновая картава получается как предельиый случай кваитовой, соответствуюшей большому числу фотоиов в олпом состоянии. На основе возкикших в квантовой теории корпускуляриых представлеаий удалось абъисиить ряд явлений, евизаииых с преврашеиием энергии света в энергию частиц, иеобъясиимых с помощью классической волиовой теории. Это прежде всего фотоэффект и фотохимические процессы. Волковые и корпускуляриые свойства света ие могут быть одиоврсмеиио логически иепротиворечиво объяснены классической физикой, ибо в ией понятия волны и частицы являются взаимоисключающими.
В современной квантовой теории, построенной иа пскове отиосятетьиости к срелствам наблюдения, преодолеваются .тогические трудности. связаииые с корпускулярио-волиовым дуализмом. Свет обладает потеипиальиой возможностью проявлять и волковые, и корпускуляриые свойства, ио в чистом виде оии могут проявиться лишь в раэиых опытах, проводи.
мых при взаимоисключаюших условиях. Эти свойства дополииют друг друга, игю только их совокупность дает полипе представление о свете. Данная книга содержит описаиие как волковых, тах и корпускуляриых свойств света. Однако большее внимание уделено волновым свойствам. Обусловлеио это тем, что болыпииство физических явлений, свизаииых с взаимодействием излучения и вещества, адекватно описывается так называемой полуклассической теорией. В этой теории поле оптического излучения рассматривается как классическое электромагиитное поле, полчиииюшееся уравнениями Максвелла, тогда как поведение атомов вешества описывается квантовой мехаиикой.
Полуклассическая теория приводит к успеку при решении большиистаа задач оптики. Лишь в иекоторых задачах, где иеобходим учет шумов (иапример, флуктуации лазерного излучеиия), нужно прииимать во вяимаиие ие только дискретиость процессов поглошеиия и испускаиия света атомными системами, ио и сам факт кваитоваиия паля излучеиия (т. е. иужио испольэовать квантовую зхектродикамику). Иитересип отметить, что даже фотоэффекг. при объясиеиии которого в физику впервые было введено поиятие фотона, может быть полиосгью описаи в рамках полуклассической теории. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ В ВАКУУМЕ. ИСПУСКАНИЕ ВОЛН. КВАЗИМОНОХРОМАТИЧЕСКИЙ СВЕТ йй) Основные свойства электромагнитных волн (в частности, света), распространяющихся в пустом пространстве, можно изучить исходя из фундаментальнык законов электромагнитного поля, выражаемых уравнениями Максвелла.
Наибольшей простотой отличаются пзюские монохроматические волны. Более сложные волны (сфе:- рические, гауссовы и др.) в малых областях пространства в значительной мере неотличимы от плоских. Эти свойства заключаются в первую очередь в поперечности, поляризации и в определенном соотношении между напряженностями электрического и магнитного полей. Иными соотношениями полей характеризуются стоячие волны, образующиеся при наложении распространяющихся навстречу двух бегущих волн одинаковой частоты, амплитуды и поляризации. йй) Испускание электромагнитнык волн, согласно классической электродинамике, происходит при ускоренном движении электрических зарядов. Представление о карактере поля излучения реальных источников света можно получитьч рассматривая сначала простейшую модель источника света — осциллирующий диполь.
Свободные колебания заряженного осциллятора затухают из-за излучения. Поэтому испускаемый им свет имеет вид цуга волн убывающей амплитуды и карактеризуется не одной частотой, а спектральным контуром конечной ширины. йй Дальнейшее развитие модели реального источника света, когда он рассматривается как совокупность независимо излучающих осцилляторов, позволяет рассмотреть статистические свойства его излучения и получить представление о ширине и форме спектральных линий. Н (Л. Пввеинв И зученне свойств световых волн в ывнмврвыямшю>юэв вакууме целесообразно начать с внвжтрвммтнпнвю ванны ° ввяуумв простейшего в математическом отношенин случая плоских монохроматнческнх волн. Несмотря на ограниченную применимость такой идеализированной модели для описания реальных световых волн, она во многих случаях оказывается полезной.
Для теоретического нсследовання свойств этнх волн будем рассматривать нх как одно нз возможных решений уравнений Максвелла. Напомним кратко уравнения Максвелла и нх физическое содержание. Электромагнитное поле в вакхуз(д в любой момент времени ! определнетсн заданием в каждой точке г днух векторов: напряженности Е (г, !) электрического поля н индукции В (г,'!) магнитного поля. Через векторы' Е и В выражается сила Е, действующая в электромагнитном поле иа пробный заряп Я, движущийся со скоростью т: Р= ОЕ+ !)т)4В. Напряженность электрического поля в прннинпе может быть найдена измерением силы Е, действующей на неподвижный пробный заряд. С магнитным полел> связана та часть силы, которвя появляется только при движении заряда (сила Лоренца).
Ипочниками электромагнитного поли являк>тся заряды и токи. для характеристики которых служат обьемная плотность заряда р н вектор плотности тока 1. Связь электрического н магнитного полей с их источниками выражается следующими уравнениями; йч Е =р/е«, (1.2) сзго1  — днуд! = )теэ.
(1.3) Здесь с ем 3 !Оэм/с — злектдодииамическал постоянная, связанная с эленгрической и магнитной постоянными соотношением с = 1/ушр«. Чтобы увидеть, какие экспериментальные законы электромагнетизма выражаются этими уравнениями, перепишем их в интегральной форме. Проинтегрируем обе части уравнения (!.2) по объему У, ограниченному замкнутой поверхностьк> 5.
и преобразуем объемный интеграл в левой части в поверкностный с помошьк> математической теоремы Остроградского — Гаусса. В результате получим УВОЗ= — ) рдр 5 в>' >' (1л) с' $ Вб( = —,) Еда+ —,)1>15. б! 5 М> 5 (1.3) Второе слагаемое в правой части (1.О) выражает справедливую в случае постоянных полей теорему о «магнитном напряжении», согласно кп>юрой циркуляция вектора В по замкнутому контуру определяется полным током ! через поверхность. опирающуюся на этот контур. Эту теорему можно рассматривать как следствие закона Био" Савара.- Лапласа, определяющего магнитное поле, создаваемое элементом постоянного тока. установленный Максвеллом первый член в правой части уравнения (1.5) говорит 42 — поток напряженности электрического полн сквозь замкнутую поверхность 5 определяется полныч зарядом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
