Cтраница 3
Разумеется, формулы (2.98) и (2.99) можно было бы получить и в рамках классической теории излучения, решая уравнение Ньютона для вынужденных колебаний электрона и рассматривая излучение вторичных волн той же частоты. Результаты классической теории рассеяния фотона свободным электроном перестают быть справедливыми, когда энергия покоя электрона mcz сравнима с энергией фотона Йсо или меньше ее. Для столь больших значений Лео в процессе рассеяния большая часть энергии передается электрону. Поэтому рассеяние становится неупругим. В этом случае одновременно становятся существенными как релятивистские, так и квантовые эффекты, поскольку на рассеяние начинает влиять наличие спина у электрона. [31]
Зависимость натурального показателя поглощения диэлектрика а от длины волны света АО характеризующая спектр поглощения света в этой среде, связана с явлением резонанса при вынужденных колебаниях электронов в атомах и атомов в молекулах диэлектрика. Диэлектрики поглощают свет более или менее селективно: поглогцение велико лишь в областях частот, близких к частотам собственных колебаний электронов в атомах и атомов в молекулах. Наиболее четко это явление резонансного поглощения света обнаруживается у разреженных одноатомных газов ( например, у паров большинства металлов), для которых характерен линейчатый спектр поглощения светя. Дискретные частоты интенсивного поглощения света совпадают с частотами собственного излучения возбужденных атомов этих газов. [32]
С точки зрения классических волновых представлений о природе излучения сам факт освобождения электронов из металла неудивителен, так как падающая на поверхность электромагнитная волна вызывает вынужденные колебания электронов в металле. Если эта картина верна, то энергия фотоэлектрона должна находиться в прямой связи с интенсивностью падающего света. Но опыт показывает, что энергия фотоэлектронов совершенно не зависит от интенсивности света. Увеличение интенсивности приводит лишь к пропорциональному увеличению числа фотоэлектронов. Энергия же отдельного фотоэлектрона зависит только от частоты падающего света. [33]
Световая волна, падающая на поверхность, взаимодействует с электронами, возбуждая их колебания. Вынужденные колебания электронов приводят к возникновению отраженной полны. Если электроны в твердом теле полностью свободны, то излучение полностью отражается, поглощение отсутствует. Если электроны частично связаны, то часть энергии падающей волны передается твердому телу, вы-аыпао его нагревание. Весь процесс, взаимодействия света с электронами разыгрывается в очень топком поверхностном слое, так что можно говорить о взаимодействии спета с поверхностью твердого тела. [34]
Зависимость от длины световой волны называют дисперсией. Те вынужденные колебания электронов, которые связаны с воздействием световой волны на вещество и являются причиной поляризации атомов и молекул, приводящей к преломлению света, находятся в определенном соотношении с длиной световой волны: чем меньше длина волны, тем выше преломление. Поэтому лучи разных длин волн преломляются по-разному. Для видимого света максимальный коэффициент преломления соответствует фиолетовому излучению, а минимальный - красному. [35]
Под действием электромагнитного поля рентгеновских лучей электроны атомов, входящих в кристаллическую решетку вещества, начинают колебаться. Частота вынужденных колебаний электронов будет равна частоте электромагнитного поля первичного пучка рентгеновских лучей. Колеблющийся атом становится источником электромагнитных волн, распространяющихся от него во все стороны с частотой, равной частоте первичного луча. Расположение атомов в любой кристаллической решетке закономерно и расстояния между ними в данном направлении одинаковы, поэтому лучи, рассеянные отдельными атомами, будут интерферировать между собой. Интенсивность их в одних направлениях будет получаться значительно больше, чем в других. Следовательно, для рентгеновских лучей кристалл является трехмерной дифракционной решеткой. [36]
Под действием электромагнитного поля рентгеновских лучей электроны атомов, входящих в кристаллическую решетку вещества, начинают колебаться. Частота вынужденных колебаний электронов будет равна частоте электромагнитного поля первичного пучка рентгеновских лучей. Колеблющийся атом становится источником электромагнитных волн, распространяющихся от него во все стороны с частотой, равной частоте первичного луча. Расположение атомов в любой кристаллической решетке закономерно и расстояния между ними в данном направлении одинаковы, поэтому лучи, рассеянные отдельными атомами, будут интерферировать между собой. Интенсивность их в одних направлениях будет получаться значительно больше, чем в других. Следовательно, для рентгеновских лучей кристалл является трехмерной дифракционной решеткой. [37]
Поэтому фаза вынужденных колебаний электронов совпадает с фазой приходящей волны, т.е. имеет место первый из рассмотренных выше случаев - фазовая скорость радиоволн в диэлектрике всегда меньше, чем в вакууме. [38]
Рассеянием света называется процесс преобразования света веществом, сопровождающийся изменением направления распространения света и проявляющийся как несобственное свечение вещества. Несобственное свечение обусловлено вынужденными колебаниями электронов в атомах, молекулах или ионах рассеивающей среды под действием падающего света. Как показал в 1907 г. Л. И. Мандельштам, рассеяние может возникать только в оптически неоднородной среде, показатель преломления которой нерегулярно изменяется от точки к точке. [39]
Из электромагнитной теории света известно, что взаимодействие световой волны с веществом состоит в смещении электрических зарядов под действием поля падающей световой волны. Если учесть, что вынужденные колебания электронов происходят в направлении колебаний электрического вектора световой волны, то станет ясным, что величины смещения электрических зарядов анизотропной среды должны зависеть от состояния поляризации. Для анизотропной среды направления вектора электрической индукции D и вектора напряженности Е не совпадают. [40]
Излучение электромагнитных волн происходит при ускоренном движении электрических зарядов. Электромагнитные волны радиодиапазона излучаются антеннами радиопередатчиков при вынужденных колебаниях электронов в антеннах. Все электроны в антенне совершают колебания в одинаковой фазе. Поскольку эти колебания могут поддерживаться очень долго и с высоким постоянством частоты, то излучаемые при этом радиоволны с огромной степенью точности можно считать монохроматическими. [41]
Уменьшение скорости света в оптически однородном веществе по сравнению с вакуумом объясняется следующим образом. Электромагнитная волна, попадая в вещество, возбуждает вынужденные колебания электронов, которые благодаря этому излучают вторичные волны. Поскольку в оптически однородной среде расстояние между частицами меньше длины световой волны, то первичная и вторичные волны когерентны. Интерференция между ними имеет своим следствием изменение скорости волны, зависящее от частоты первичной волны. [42]
В этой простейшей дисперсионной формуле уже содержатся все существенные свойства оптического показателя преломления. При приближении частоты падающего света к собственной частоте вынужденные колебания электронов становятся столь сильными, что атом поглощает всю падающую на него энергию и рассеивает ее по всем направлениям. Линии поглощения свободных атомов лежат почти исключительно в ультрафиолетовой части спектра. [43]
Качественное объяснение фотоэффекта с волновой точки зрения на первый взгляд не должно было бы представлять трудностей. Действительно, под действием поля световой волны в металле возникают вынужденные колебания электронов, амплитуда которых ( например, при резонансе) может быть достаточной для того, чтобы электроны покинули металл; тогда и наблюдается фотоэффект. Кинетическая энергия, с которой электрон вырывается из металла, должна была бы зависеть от интенсивности падающего света, так как с увеличением последней электрону передавалась бы большая энергия. Однако этот вывод противоречит II закону фотоэффекта. Так как, по волновой теории, энергия, передаваемая электронам, пропорциональна интенсивности света, то свет любой частоты, но достаточно большой интенсивности должен был бы вырывать электроны из металла; иными словами, красной границы фотоэффекта не должно быть, что противоречит III закону фотоэффекта. [44]
Качественное объяснение фотоэффекта с волновой точки зрения на первый взгляд не должно было бы представлять трудностей. Действительно, под действием поля световой волны в металле возникают вынужденные колебания электронов, амплитуда которых ( например, при резонансе) может быть достаточной для того, чтобы электроны покинули металл; тогда и наблюдается фотоэффект. Кинетическая энергия вырываемого из металла электрона должна была бы зависеть от интенсивности падающего света, так как с увеличением последней электрону передавалась бы большая энергия. Однако этот вывод противоречит II закону фотоэффекта. Так как, по волновой теории, энергия, передаваемая электронам, пропорциональна интенсивности света, то свет любой частоты, но достаточно большой интенсивности должен был бы вырывать электроны из металла; иными словами, красной границы фотоэффекта не должно быть, что противоречит III закону фотоэффекта. [45]