Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика
§ 58. Электромагнитная теория света. Шкала электромаг-
жүктеу/скачать 6,71 Mb. Pdf көрінісі
|
| § 58. Электромагнитная теория света. Шкала электромаг-
нитных волн. Теория электромагнитных волн позволила объяс- нить с единой точки зрения множество разнообразных электро- магнитных явлений. Но из этой теории вытекал еще один вывод огромной важности. Пользуясь данными, полученными из измерения чисто элек- трических величин (сил взаимодействия между токами и между зарядами), Максвелл смог вычислить скорость, с которой долж- ны распространяться электромагнитные волны. Результат ока- зался поразительным: скорость получилась равной 300 000 км/с, т. е. совпала с измеренной оптическими способами скоростью света. Максвелл выдвинул тогда смелое предложение, что свет по природе своей есть электромагнитное явление, что свето- вые волны — это лишь разновидность электромагнитных волн, а именно, волны с очень высокими частотами, порядка 10 15 герц.
Опыты Герца, доказавшие существование электромагнитных волн и позволившие подтвердить заключение Максвелла о том, что эти волны распространяются с такой же скоростью, как и свет, послужили сильным доводом в пользу электромагнитной теории света. Множество других явлений, как из числа извест- ных ранее, так и открытых впоследствии, показало настолько 150 Гл. VI. Электромагнитные волны тесную связь между оптическими и электромагнитными явле- ниями, что электромагнитная природа света превратилась из предположения в твердо установленный факт. Исследования, производившиеся в самых разнообразных об- ластях физики, позволили установить, что диапазон частот или длин электромагнитных волн 1 ) чрезвычайно широк. В этой главе мы ограничиваемся только электромагнитными волнами в уз- ком понимании этого термина, т. е. такими, длина которых превышает сотые доли миллиметра и которые в большинстве своем используются в радиотехнике и поэтому называются ра-
волнами, с их особыми свойствами, со способами их получения и наблюдения мы познакомимся в следующих разделах. Однако уже здесь мы приведем диаграмму, которая дает представление обо всей шкале электромагнитных волн. Эта диаграмма (рис. 125) построена несколько необычно вви- ду огромного различия длин волн. На горизонтальной прямой Рис. 125. Шкала электромагнитных волн: 1 ГГц = 10
МГц = 10 9 Гц,
1 нм = 10 −3 мкм
= 10 −9 м на р а в н ы х расстояниях друг от друга нанесены метки, соот- ветствующие длинам, каждая из которых отличается в д е с я т ь р а з от соседней. Это и есть шкала длин волн λ, начинающаяся на нашей диаграмме слева с λ = 10 км и заканчивающаяся значе- нием λ = 0,001 нм. Разумеется, 10 км слева и 0,001 нм справа — это границы рисунка, а не самой шкалы электромагнитных волн, которую можно представить себе продолженной в обе стороны. 1 ) Напомним, что частота ν и длина волны λ связаны соотношением λ = = c/ν, где c = 300 000 км/с. Гл. VI. Электромагнитные волны 151
Под шкалой длин волн λ нанесена шкала соответствующих им частот колебаний ν. Продолжая шкалу влево, мы переходим ко все более длинным волнам, т. е. ко все более низким частотам, пока не дойдем, наконец, до частоты ν = 0, т. е. до постоянного, не меняющегося со временем тока. Можно сказать, что такому току соответствует бесконечно большая длина волны, но это, ко- нечно, чисто формальное утверждение. С уменьшением частоты условия излучения делаются все хуже (§ 55), и постоянный ток, который должен был бы излучать «бесконечно длинную» волну, просто ничего не излучает. Нашу диаграмму можно продолжать и вправо, переходя ко все более высоким частотам и соответ- ственно все более коротким волнам. На диаграмме указаны участки λ (или ν), занимаемые раз- личными видами электромагнитных волн. Как сказано, в этой главе мы ограничиваемся только левым участком, который начи- нается с «бесконечно длинных» волн и кончается в области сотен микрометров, т. е. тянется от «нулевой частоты» до частот в де- сятки тысяч гигагерц. Мы видим, что этот участок волн, которые получают электрическими способами, перекрывается на своем коротковолновом конце с инфракрасными (тепловыми) волнами. Это значит, что волну, длина которой, например, 0,05 мм, можно получить и посредством электрических колебаний, и тепловым способом, т. е. при излучении нагретого тела. Рис. 126. Массовый излу- чатель Глаголевой-Арка- дьевой
Еще не так давно на шкале элек- тромагнитных волн не было таких перекрываний, а, наоборот, имелись пробелы. В частности, был пробел между электромагнитным диапазоном (в узком смысле) и инфракрасны- ми волнами. Электромагнитные вол- ны были получены длиной до 6 мм (Лебедев), а тепловые — до 0,343 мм (Рубенс). В 1922 г. советский физик Алек- сандра Андреевна Глаголева-Аркадье- ва (1884–1945) ликвидировала этот пробел,
получив электромагнитные волны длиной от 1 см до 0,35 мм с помощью придуманного ею прибора, названного массовым излучателем. Схема этого прибора показана на рис. 126. В сосуде 1 находятся мелкие ме- таллические опилки, взвешенные в транс- 152 Гл. VI. Электромагнитные волны форматорном масле. Не показанная на рисунке мешалка все время поддерживает опилки во взвешенном состоянии, не давая им осесть на дно. Вращающееся колесико 2 захватывает смесь и окружается ею наподобие шины. С помощью проводов 3, присоединенных к индуктору, через смесь пропускается искровой разряд. Металлические опилки образуют при своем движении множество случайных пар, которые играют роль маленьких вибраторов и при разряде излучают короткие волны. Так как размеры случайно образующихся вибраторов различны и колебания в них не гармонические, а затухающие, в излучении при- сутствуют одновременно все длины волн указанного выше диапазона. Можно сказать, что массовый излучатель испускает «электромагнит- ный шум», а не «аккорд» или «ноту». В массовом излучателе преодолены две основные трудности, неиз- бежно возникающие при попытке использовать один-единственный вибратор столь малых размеров. Во-первых, такой единственный виб- ратор дает ничтожно слабое излучение. В массовом же излучателе од- новременно работает много вибраторов. Во-вторых, в одном вибраторе опилки быстро сгорают от искры. В приборе Глаголевой-Аркадьевой этого не происходит, так как в области разряда опилки непрерывно сменяются.
жүктеу/скачать 6,71 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|