Файл: Китайгородский А.И. Введение в физику учеб. пособие для студентов высш. техн. учеб. заведений.pdf

ядерного заряда приводят к созданию электромагнитного излучения, известного под названием у-лучей. Ультрафиолетовые лучи и види­ мый свет производятся движением атомных электронов. Колебания электрического заряда в космических масштабах приводят к радио­ излучению небесных тел.

Наряду с естественными процессами, в результате которых со­ здается электромагнитное излучение самых различных свойств, име­ ются разнообразные экспериментальные возможности по созданию электромагнитного излучения.

Основной характеристикой электромагнитного излучения яв­ ляется его частота (если речь идет о гармоническом колебании) или

Интенсивность излучения пропорциональна четвертой степени частоты. Поэтому излучение очень низких частот с длинами волн порядка сотен километров не прослеживается. Практический радио­ диапазон начинается, как известно, с длин волн порядка 1—2 км, что соответствует частотам порядка 150 кГц; длины волн порядка 200 м относят к среднему диапазону, десятки метров — это уже ко­ роткие волны. Ультракороткие волны (УКВ) выводят нас из обыч­ ного радиодиапазона; длины волн порядка нескольких метров и до­ лей метра вплоть до сантиметра (т. е. частоты порядка 1010— 101 1 Мгц) употребляются в телевидении и радиолокации.

Еще более короткие электромагнитные волны были получены в 1924 г. Глаголевой-Аркадьевой. Она использовала в качестве гене­ ратора электрические искры, проскакивающие между взвешенными в масле железными опилками, и получила волны длиной до 0,1 мм. Здесь уже достигается перекрывание с длинами волн теплового из­ лучения.

Участок видимого света весьма мал: он занимает всего лишь длины волн от 7,6- Ю - 5 см до 4- Ю - 5 см. Далее следуют ультрафио­ летовые лучи, невидимые глазом, но весьма хорошо фиксируемые физическими приборами. Это — длина волн от 4- Ю - 5 см до Ю - 6 см.

За ультрафиолетовыми следуют рентгеновские лучи. Их длины волн — от Ю - 6 см до Ю - 1 0 см. Чем меньше длина волны, тем сла­ бее рентгеновскиелучи поглощаются веществами. Наиболее коротко­ волновое и проникающее электромагнитное излучение носит назва­ ние у-лучей (длины волн от 10~9 см и ниже).

Характеристика любого вида из перечисленных электромагнит­ ных излучений будет исчерпывающей, если будут произведены сле­ дующие измерения. Прежде всего, тем или иным методом электро­ магнитное излучение должно быть разложено в спектр. В случае света, ультрафиолетовых лучей и инфракрасного излучения это может быть сделано с помощью преломления призмой или пропу­ сканием излучения через дифракционную решетку (см. ниже); В случае рентгеновских и гамма-лучей разложение в спектр дости­ гается отражением от кристалла (см. стр. 351). Волны радиотехни-

ческого диапазона раскладываются в спектр с использованием явления резонанса.

Полученный спектр излучения может быть сплошным или линей­ чатым, т. е. может заполнять непрерывно некоторую полосу частот, а может также состоять из отдельных резких линий, соответствую­ щих крайне узкому частотному интервалу. В первом случае для ха­ рактеристики спектра надо задать кривую интенсивности в функции частоты (длины волны), во втором случае спектр будет описан за­ данием всех имеющихся в нем линий с указанием их частот и интенсивностей.

Опыт показывает, что электромагнитное излучение заданной ча­ стоты и интенсивности может отличаться своим поляризационным состоянием. Наряду с волнами, у которых электрический вектор ко­ леблется вдоль определенной линии (линейно поляризованные вол­ ны), приходится сталкиваться с таким излучением, в котором ли­ нейно поляризованные волны, повернутые друг по отношению к другу около оси луча, наложены друг на друга. При исчерпываю­ щей характеристике излучения надо указывать его поляризацию.

Следует обратить внимание, что даже для самых медленных элек­ тромагнитных колебаний мы лишены возможности измерять элек­ трические и магнитные векторы волны. Нарисованные выше кар­ тины поля имеют теоретический характер. Тем не менее в их истин­ ности не приходится сомневаться, имея в виду неразрывность и це­ лостность всей электромагнитной теории.

Утверждение о принадлежности того или иного вида излучения к электромагнитным волнам всегда носит косвенный характер. Од­ нако число следствий, вытекающих из гипотез, столь огромно и они находятся между собой в таком спаянном согласии, что гипотеза об электромагнитном спектре давно приобрела все черты непосред­ ственной реальности.

§ 124. Квантовая природа излучения

Мы уже говорили (на стр. 136), что изучение атомных явлений привело к открытию закона, согласно которому внутренняя энергия системы не может иметь произвольного значения, а характеризу­ ется системой энергетических уровней. Излучение энергии связано с переходом системы с более высокого на более низкий уровень. По­ глощение энергии связано с подъемом на более высокий уровень.

Это относится в первую очередь к электромагнитному излучению. Квантовая природа субмикроскопических явлений была открыта ис­ следованием ряда противоречивых фактов, найденных в отношении электромагнитного излучения еще в начале нашего века.

Таким образом, испускание диполем электромагнитного излуче­ ния частоты v происходит не непрерывно, а квантами (порциями). Величина энергии кванта равна hv, где h — постоянная Планка, равная 6,62-10-** эрг-с=6,62-1Q-3 4 Дж - с .