 |
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция
Генерация электромагнитных волн
Источниками электромагнитных волн являются всякого рода переменные токи и колеблющиеся электрические заряды. В качестве примера простейшей излучающей системы рассмотрим электрический диполь с переменным дипольным моментом. Таким электрическим диполем является система, состоящая из неподвижного положительного заряда и совершающего около него колебания отрицательного заряда. Например, электрон, совершающий круговое (или эллиптическое) вращение вокруг положительного ядра, представляет собой систему с переменным дипольным электрическим моментом.
11.1.1. Излучение электромагнитных волн элементарным
электрическим диполем
Всякое круговое (эллиптическое) движение можно разложить на два взаимно перпендикулярных гармонических колебания. Любая радиотехническая линейная антенна может быть уподоблена совокупности такого рода диполей.
Рассмотрим излучение диполя, длина которого мала по сравнению с длиной излучаемой им электромагнитной волны (l << λ). Такой диполь называется элементарным.
На рис. 128 а-ж изображены положения колеблющихся зарядов ± q диполя в различные моменты времени и силовые линии электрического поля Еэ. Магнитное поле на рисунке не показано. В момент t = 0 оба заряда находятся в одной точке и электрическое поле отсутствует. На рис. 128 в показано электрическое поле к моменту равному одной четверти периоду колебания зарядов t = Т/4, т.е. когда заряды максимально удалены друг от друга. В следующий момент времени заряды начинают сближаться, и в момент времени t = T/2 оба заряда проходят через положение равновесия (рис, 128 д). Линии электрического поля при этом замыкаются и «отшнуровываются» от диполя. В момент t >Т/2 заряды опять расходятся (рис. 128 е) и начинают создавать электрическое поле обратного направления. «Отшнуровавшееся» же электромагнитное поле уходит от источника со скоростью света с. К моменту t = 3 Т/ 4поле удаляется от диполя, а вблизи диполя создается новое поле той же конфигурации, что в момент t = Т/ 4. но обратного направления (рис. 128 е). В момент t = Т это поле «отшнуровывается» и т. д.
 |
Направление магнитного поля Н в каждой точке перпендикулярно к Еэ и к направлению распространения. Поэтому магнитные силовые линии представляют собой концентрические окружности, лежащие в плоскости, перпендикулярной к диполю.
Как видно из приведенных рисунков, излучение диполя не одинаково по разным направлениям и максимально в направлении, перпендикулярном к оси диполя. Поток излученной энергии зависит от угла между осью диполя и выбранным направлением излучения:
 |
Зависимость потока излучаемой диполем энергии от угла θ изображена на рис. 129 в виде так называемой полярной диаграммы направленности. Длины отрезков, проведенных из центра диполя под различными углами θ, прямо пропорциональны потоку энергии Р, излучаемому в данном направлении. Вдоль оси диполя излучение отсутствует.
Поток излучаемой энергии колеблющимся электрическим диполем пропорционален ω 4. При уменьшении ω вдвое излучение диполя уменьшается в 16 раз. По этой причине излучение очень низких частот с длинами волн порядка сотен километров не наблюдается.
Рассмотренные результаты были использованы в приближенной классической теории излучения атомов, согласно которой излучение атома обусловлено колебаниями электронов с частотой ω около их положений равновесия.
 |
Однако следует иметь в виду, что энергия электронов при колебаниях расходуется на излучение, и последние будут совершать в атоме не гармонические, а затухающие колебания с амплитудой
Промежуток времени τ, за который амплитуда колебании электрона а уменьшается в е раз, связан с коэффициентом затухания β обратно пропорциональной зависимостью: τ = 1/β, а спараметрами колеблющейся системы (массой электрона mе, зарядом е, частотой колебаний ω) соотношением:
где с — скорость света в вакууме.
Оценим величину τ. Для электромагнитного излучения с длиной волны 5·10-7 м, что соответствует оптическому диапазону зеленого цвета, частота ω равна 3,77·1015 с-1 (согласно соотношению ω = 2πс/λ).
Тогда
В классической теории излучения время τ называют средним временем жизни излучающего атома, или временем высвечивания. В квантовой теории излучения время τ соответствует времени жизни атома в возбужденном состоянии.
Если вектор Умова-Пойнтинга (9.10) проинтегрировать по всей сфере, в центре которой находится излучающий диполь, то получим полную энергию, излучаемую в единицу времени:
где рэ = е·l – дипольный электрический момент излучающего атома или молекулы.
Формула (11.4) является приближенной и получена в предположении, когда размерами излучающей системы можно пренебречь по сравнению с длиной волны (λ >> l). Так для видимой области спектра λ ~ 10-7 м, а размер атомных систем l ~ 10-10 м. Тогда их отношение составит: l/λ ~ 10-3. Если размерами излучающих атомных или молекулярных систем нельзя пренебречь по сравнению с длиной волны электромагнитного излучения, то помимо дипольного электромагнитного излучения возникают магнитное и электрическое излучение высших порядков. Это так называемые запрещенные переходы, которые запрещены правилами отбора для различных квантовых чисел.
Поиск по сайту: