physics_saveliev_3 (535941), страница 40
Текст из файла (страница 40)
В результате рассеяния света в боковых направлениях интенсивность в направлении распространения убывает быстрее, чем в случае одного лишь поглощения. Поэтому для мутного вещества в выражении (4б.2), наряду с коэффициентом истинного поглощения и, должен стоять добавочный коэффициент н', обусловленный ') Иногдз зто явление называют диффуз и ей или явлениеми Тннделя.
рассеянием: 1= 1ое-~" "з ~ (47.1) Величина х' носит название к о э ф ф и ц и е н т а э к стинк ци и. Если размеры неоднородностей малы по сравнению с длиной световой волны (не более — О,!х), интенсивность рассеянного света 1 оказывается пропорциональной четвертой степени частоты или обратно пропорциональной четвертой степени длины волны: (47.2) Эта зависимость носит название закона Рэлея. Ее происхождение легко понять, если учесть, что согласно электромагнитной теории интенсивность вторичных волн пропорциональна квадрату ускорения излучающего электрона !см.
т. П, формулу (114.5)]. Движение электрона под действием световой волны происходит по гармоническому закону: г = г совы!. В этом случае ускорение пропорционально в'. Следовательно, интенсивность излучения будет пропорциональна ы4. Если размеры неоднородностей сравнимы с длиной волны, электроны, находящиеся в различных местах неоднородности, колеблются' с заметным сдвигом по фазе. Это обстоятельство усложняет явление и приводит к иным закономерностям. Интенсивность рассеянного света становится пропорциональной всего лишь квадрату частоты (обратно пропорциональной квадрату длины волны).
Напомним, .что рассеянный свет является частично поляризованным (см. $29, рис. 113). Проявление закономерности (47.2) легко наблюдать, пропуская пучок белого света через сосуд с мутной жидкостью (рис. !52). Вследствие рассеяния след пучка в жидкости хорошо виден сбоку, причем, так как короткие световые волны рассеиваются гораздо сильнее длинных, этот след представляется голубоватым. Прошедший через жидкость пучок оказывается обогащенным длинноволновым излучением и образует на экране Е не белое, а красновато-желтое пятно.
Поставив на входе пучка в сосуд поляризатор, мы абаружнм, что интенсивность рассеянного света в различных направлениях, перпенди- 240 кулярных к первичному пучку, не одинакова, Направленность излучения диполя (см. т. П, рис. 24б) приводит к тому, что в направлениях, совпадающих с плоскостью колебаний первнчнога пучка, интенсивность рассеянного света практически равна нулю, в направлениях же, перпендикулярных к плоскости колебаний, интенсивность рассеянного света максимальна. Поворачивая поляризатор вокруг направления первичного пучка, мы будем наблюдать попеременное усиление и ослабление света, рассеивающегося в данном направлении; Даже тщательно очищенные от посторонних примесей и загрязнений жидкости и газы, которых нельзя назвать мутными оредамн, в некоторой степени рассеивают 1~0 / м /лвэ Ряс.
152. свет. Л. И. Мандельштам и М. Смолуховскнй установили, что причиной появления оптических неоднородностей являются в этом случае. флуктуация плотности (т.е. наблюдаемые в пределах малых объемов отклонения плотности от ее среднего значения). Эти флуктуации вызваны беспорядочным движением молекул вещества; поэтому обусловленное ими рассеяние света называется молекулярным. Молекулярным рассеянием объясняется голубой цвет неба. Непрерывно возникающие в атмосфере, вследствие беспорядочного молекулярного движения, места сгущения и разрежения воздуха рассеивают солнечный свет. При этом согласно закону (47.2) голубые и синие лучи рассеиваются сильнее, чем желтые и красные, обусловливая голубой цвет неба.
Когда Солнце находится низко над горизонтом, распространяющиеся непосредственно от него лучи проходят большую толщу рассеивающей среды, в результате чего онн оказываются обогащенными ббльшими длинами волн. По этой причине небо на заре окрашивается в красные тона. 241 Особенно благоприятные условия для возникновения значительных флуктуаций плотности имеются вблизи критического состояния вещества (в критической точке с(р/г()г = 0; см. т. 1, $ 1!8). Эти флуктуации приводят к столь интенсивному рассеянию света, что «иа просвет» стеклянная ампула с веществом кажется совершенно черной (это явление называется критической опалесцен ци ей).
В 48. Эффект Вавилова — Черенкова В !934 г, П. А. Черенков, работавший под руководством С. И. Вавилова, обнаружил особый вид свечения жидкостей под действием у-лучей радия. Вавилов высказал правильное предположение, что источником излучения служат быстрые электроны, создаваемые у-лучами. Полипе теоретическое объяснение этого явления, получившего название эффекта Вавилова — Черенкагэ ' ~ в а, было дано в !937 г. И. Е. Таммом и И.
й4. Франком ') г Согласно электромагнитной теории заряд, движущийся без ускорения, не излучает элекРнс. !53. тромагнитных волн (см. т. П, $ 1!4). Однако, как показали Тамм и Франк, это справедливо лишь в том случае, если скорость заряженной частицы и не превышает фазовую скорость с|п электромагнитных волн в той среде, в которой движется частица'). При условии, что скорость заряженной частицы и > с/а, даже двигаясь равномерно, частица будет излучать электромагнитные волны. В действительности излучающая частица теряет энергию, вследствие чего движется с отрицательным ускорением.
Но это ускорение является не причиной (как в ') В !958 г. работа Черенкова, тамма н Франка была отмечена Нобелевской премией. а) Напомним, что согласно теории относнтельностн скорость ча. станы пе может не только превысить, но н достигнуть значения, равного скорости света в пустоте, 242 соз 6 = — = —. (с/и) с Р по (48.1) Экспериментально наблюдался эффект Вавилова— Черенкова для электронов, мезонов и протонов, при движении их в жидких. и твердых средах.
Зффект Вавилова — Черенкова находит все более широкое применение в экспериментальной технике. В так называемых счет ч и к а х Ч е р е н к о в а световая вспышка, порождаемая быстродвижущейся заряженной частицей, превращается с помощью фотоумножителя ') в импульс тока. Для того чтобы заставить сработать такой счетчик, энергия частицы должна превысить пороговое значение,, определяемое условием: о = с/л.
Поэтому черенковские счетчики позволяют не только регистрировать частицы, но и судить об их энергии. Удается даже определить угол 6 между направлением вспышки и скорость частицы, что дает возможность вычислить по формуле (48.1) скорость (а значит и энергию) частицы. ') Фотоумножителем называет электронный умножитель (см. т. 11, стр. 320), первый электрод которого (фотокатод) способен испускать электроны под действием света. случае о < с/и), а следствием излучения. Если бы потеря энергии за счет излучения восполнялась каким-либо способом, то частица, движущаяся равномерно со скоростью о ) с/а, все равно была бы источником излучения, В излучении Вавилова — Черенкова преобладают короткие волны, поэтому оно имеет голубую окраску.
Наиболее характерным свойством этого излучения является то, что оно испускается не по всем направлениям, а лишь вдоль образующих конуса, ось которого совпадает с ваправлением скорости частицы (рис. 153). Угол О между направлениями распространения излучения и вектором скорости частицы определяется следующим соотношением: ГЛАВА ЪШ ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ 9 49, Тепловое излучение н люмииесценция Энергия, расходуемая светящимся телом на излучение, может пополняться нз различных источников. Окисляющийся на воздухе фосфор светится за счет энергии, выделяемой прн химическом превращении.
Такой вид свечения называется хемилюмниесценцией. Свечение, возникающее прн различных видах самостоятельного газового разряда, носит название э л е к т р о л юм и н е с ц е н ц и и. Свечение твердых тел, вызванное бомбарда ровкой их электронами, называют к а т о д олюмниесценцией..Испускание телом излучения некоторой характерной для него длины волны лл можно вызвать, облучая это тело (илн облучив предварительно) излучением длины волны Хт,меньшей чем )ы.
Такие процессы объединяются под 'названием ф ото л юм н несценции'). Самым распространенным является свечение тел, обусловленное нх нагреванием. Этот внд свечения называется тепловым (или температурны м) излучениеми. Тепловое излучение имеет место при любой температуре, однако при невысоких температурах излучаются практически лишь длинные (ннфракрасные) электромагнитные волны.
Окружим излучающее тело непроницаемой оболочкой с идеально отражающей поверхностью (рис. 154). Воздух ') Люминесценцней называется излучение, избыточное над тепловым излученлем тела прп данной темаературе и имеющее длительность, значительно превосходвщую период излучаемых волн. Люмииесцнрующие вещества ивзывввпсв люминофорами. из оболочки удалим.
Отраженное оболочкой излучение, упав на тело, поглотится им (частнчно или полностью). Следовательно, будет происходить непрерывный обмен энергией между телом и заполняющим оболочку излучением. Если распределение энергии между телом и излучением остается неизменным для каждой длины волны, состояние системы тело — излучение будет равновесным; Опыт показывает, что единственным видом излучения, которое может находиться в равновесии с излучающими телами, является тепловое излучение.
Все остальные виды излучения оказываются неравновесными. Способность теплового излучения находиться в равновесии с излучающими телами обусловлена тем, что его интенсивность возрастает при повышении температуры. Допустим, что равновесие между телом и излучением (см. рис. 154) нарушено и тело излучает энергии больше, чем поглощает. Ра' ш4.
Тогда внутренняя энергия тела будет убывать, что приведет к понижению температуры. Зто в сна|а очередь обусловит умепьшевие количества излучаемой телом энергии. Температура тела будет понижаться до тех пор, пока количество излучаемой телом энергии не станет равным количеству поглощаемой энергии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
