Учебное пособие по курсу Оптика - Колмаков Ю.Н.
Скачать (прямая ссылка):
В стоячей волне максимумы E к H разнесены, и можно проверить действие электрической или магнитной составляющих электромагнитной волны на вещество.
В опыте Винера (1890г.) под действием света наступает разложение бромистого серебра и почернение пластинки.
Расстояние между полосами почернения Я
I =-(для (р~1';?~1мм).
2 sin ф
Первое почернение наблюдалось на Я
расстоянии — от зеркала, там, где
находятся пучности для E. Т.е. именно E оказывает фотохимическое действие, поэтому его назвали световым вектором и электромагнитные волны характеризуют вектором E.
Объяснение: магнитные силы
стоячая волна
зеркало
прозрач 2 фотопласт
ие
между сосед пучностями
и
примерно в — раз слабее электрических! с
В 1892г. Друде и Нернст то же самое расстояние в четверть волны получили для флуоресцирующих растворов.
В 1933г. Айве показал, что фотоэффект тоже вызывается электрическим полем волны.
5. Энергия и импульс электромагнитной волны
Энергия определяется вектором Пойнтинга (поток энергии) jw = \е, Й\.
Ни один фотоприемник, детектор, человеческий глаз не измеряют E к H. Время инерционности (время срабатывания) любого фоточувствительного устройства т > IO-10C, a Tceema ~10"15с. В результате любое устройство измеряет среднюю поступающую энергию 14
< Jw >=, —El < cos2 (cot - kr), т.е. < jw >= \—El. \M 2є0
Средний поток энергии, переносимый бегущей электромагнитной волной, пропорционален квадрату амплитуды волны.
Jw
Единица объема такой волны имеет импульс р\ = . Поэтому свет ока-
зывает давление на тела. Для стоячей волны
ex ez
jw Ex 0 0 = ezExH - ez 2Е0 2H0 cos kz sin kz cos cot sin cot ~ sin Icot
0 ну 0
Поэтому < jw >~< sin 2cot >= 0.
Стоячая волна энергию не переносит.
6. Излучение ускоренного заряда. Радиационное затухание
Движущийся со скоростью и заряд создает магнитное
5 Mo А",?] у поле .S-j^---
4к г
г _ -
Но для центрального поля —г = ег—г = -V -.
г
1
1 г
Т.е. В =
і
МоЧ д
4 je cbcl
V
J
'1I д '1I д '1I
кГ) ду кГ) dz кг)
и,
Скорость заряда зависит только от t, но не от координат, поэтому можно записать
д_МоЧ = Mrot -1
4 п Г 4 п кГ)
Если скорость заряда не постоянна, то переменное магнитное поле создает
- dB
вихревое электрическое поле: rotEb = —— = -rot
Mo Ч 4 7tr
rot
\rjj
Т.к. и « с, то г практически не успевает измениться!
т В Mo
Тогда из полученного выше уравнения находим Eb = —c^l- q— - это поле
4 ти- dt
порождает переменное магнитное поле и т.п., т.е. электромагнитное поле в вакууме существует в виде электромагнитной волны. 15
Кроме него есть электростатическое поле Ч
? =
4 7Г?0Г
2 '
которое затухает значительно
быстрее.
На большом удалении можно считать поле, созданное ускоренным зарядом, плоской электромагнитной волной (в волновой зоне). Так как продольных электромагнитных
волн нет, то в волновой зоне остается E = Eb sin в = a(t - -) sin в,
H = —Е =
Anr
а а(і~Ґ) Ч с
sin#,
/л0 А ж г
где в - угол между направлением ускорения а заряда и направлением излучения электромагнитной волны.
Понятно откуда берется фактор —: уносимая энергия пропорциональ-
г
на- jw • Atdt1 - E1Atw1 = const.
Но энергия уносится в разных направлениях по-разному:
M2 1 „2 fj. ГЧ„;„ 2
Jw
16ж2с г1
a (t—)sin 0.
Если по проводнику течет переменный ток, то большая часть энергии уносится в перпендикулярном направлении.
Эти волны, испущенные ускоренными электронами, видны как свет.
Пусть электрон колеблется по гармоническому закону с частотой со: je = Jc0 cos cot; a = х0со2 cos cot, тогда
< Jw >=
2 2 4 № xOco
16ти2сг2
cor,
sin 0< cos (cot--)>
Интегрируя по поверхности постоянного радиуса г (в сферической системе
2л
координат) получим Jw = J < jw > d(p^r2 smddO, или
Л,=
/dQq2xlco4 _ dW
12 тис dt
ренного электрона.
- это уносимая за Ic энергия, т.е. убыль энергии уско- • 2 i z
YYix KX
Это полная энергия осциллятора W =--1--
2 2 mco Jc0
где со = л\—.
т
То есть излучаемая электроном энергия подчиняется уравнению
dW /л0е2со2
W или W = W0e~2?, где ? =
2 2 /л0е СО
dt бжт " > ¦ • . \2mcm
Колебания затухают по экспоненте. Такое затухание называется радиационным затуханием.
1 бжт
За время т = -
2 2
2? fiQe со практически прекратятся
(время радиационного затухания) колебания
Так для "оптического" электрона с частотой со = 2nv = 2nl -IO14C 1 (крас-
ная линия) т ~ 10 8с. За это время электрон проделает
10"
10
-15
10 коло
баний с затухающей амплитудой.
То есть реально атомы испускают не бесконечные монохроматические волны цуги, затухающие со временем длиной ? = ст = 3м !
Хотя результат получен для классической частицы, но реальные атомы испускают именно такие цуги.
1. Спектральные характеристики естественного света.
Ширина спектральной линии
Спектром источника можно назвать зависимость изучаемой атомами энергии от длины волны (частоты). Для бесконечной монохроматической волны спектром будет бесконечно тонкая линия.
