![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Электромагнитные волны в веществе.
В зависимости от длины и интенсивности электромагнитной волны, рассматривают разные модели среды, в которой эта волна распространяется. Чем меньше длина волны, тем сильнее проявляются квантовые (корпускулярные) особенности электромагнитных волн. Для видимого диапазона часто приемлемо квазиклассическое описание. Рентгеновское излучение и гамма-лучи в большей степени проявляют корпускулярные свойства. Эффекты, связанные с рентгеновским излучением будут обсуждаться отдельно. Слабые электромагнитные волны рассматриваются в линейном приближении, то есть считают, что основные процессы взаимодействия определяются интенсивностью или квадратом напряженности электрической составляющей волны. В сильных (лазерных) полях возникает ряд нелинейных по полю процессов. Существенные детали описания связаны с тем, является ли эта среда безграничной (наиболее распространенное приближение), или границы среды важны для рассматриваемых процессов. В последнем случае часто говорят о распространении электромагнитных волн в волноводах или в резонаторах. Здесь основное внимание уделено безграничным средам. Обычная модель любой среды – система заряженных частиц, свободных, как в проводниках, или сильно взаимодействующих друг с другом, как в диэлектриках. Электромагнитные волны вызывают колебания этих зарядов. С одним проявлением таких колебаний мы познакомились – это рассеяние электромагнитных волн (к обычному рассеянию близки процессы преломления и отражения ЭМВ на границах раздела сред). Однако, как известно из курса общей физики, электрическое поле поляризует вещество, в результате чего условия распространения волн в среде изменяются. Такие изменения учитываются диэлектрической проницаемостью вещества (в переменных полях Заметим, что, говоря о волнах вообще, различают два типа скорости. Во-первых, это фазовая скорость волны, входящая в волновое уравнение. Как известно, фазовая скорость равняется
Учитывая вид фазовой скорости, легко установить, что
Рассматривают случай нормальной дисперсии, когда
и случай аномальной дисперсии
Вблизи линий поглощения дисперсия становится очень большой (см. «медленный свет») и понятие групповой скорости теряет смысл. В этой области длин волн нужно более точное описание. В магнитных средах коэффициент преломления зависит от относительной магнитной проницаемости, До сих пор мы считали, что диэлектрическая проницаемость и коэффициент преломления являются действительными величинами. Однако теоретические расчеты показывают, что эти величины имеют мнимые добавки, то есть являются комплексными величинами (этот факт имеет экспериментальное подтверждение). Например, коэффициент преломления приобретает вид
Из формул (5) и (6) видно, что
если волна сместится вдоль оси z на величину Если в (6) разделить переменные,
и проинтегрировать, то можно найти, что
то есть
где введено обозначение
Соотношения (9) и (10) были теоретически и экспериментально установлены в 1829 году Бугером и называются законом Бугера. Позже (1852) коэффициент поглощения связали с концентрацией
где постоянная А не зависит от концентрации красителя, но является характеристикой красящего вещества. Соотношение (11) называется законом Бера. И закон Бугера, и закон Бера показывают, что поглощение не зависит от влияния окружающей среды (т.е. является линейным процессом). И на самом деле эти законы выполняются, и весьма точно, но не всегда. В «густых» растворах закон Бера теряет универсальность. Закон Бугера ощутимо нарушается в сильных полях. Кроме коэффициента поглощения волну (свет) приходится характеризовать коэффициентом экстинкции. В этом случае Рассеяние тоже уменьшает интенсивность. Поэтому коэффициент экстинкции рассматривают как общую характеристику, определяющую уменьшение интенсивности волны по всем причинам.
|