MS PowerPoint, 485 Кб

Учите и повторяйте ННЗ по
физике!
• Если к каждому вопросу вы можете
нарисовать одну картинку – это неплохо
• Если к каждому вопросу вы можете
нарисовать ДВЕ картинки – это хорошо
• Это поможет сделать ваш рейтинг
таким, каким вы его хотите видеть
Связь этой лекции с вопросами ННЗ - буклет
3.10. Уравнение плоской монохроматической бегущей ЭМВ
3.12. Условия возникновения ЭМ излучения. Излучение диполя
4.14. Классическая и квантовая картины излучения света.
Излучение диполя
-1
0
«Три вещи» для запоминания прямо сейчас
E  Em cos  kz  t  (1.11)
B  Bm cos  kz  t  (1.12)
I ИЗЛ
E
2
m
4
(18.8)
Уравнения плоской монохроматической электромагнитной волны, распространяющейся в положительном направлении оси
z
Зависимость интенсивности
излучения от частоты и
амплитуды
В классическом представлении электромагнитное
излучение порождается ускоренно движущимися
электрическими зарядами или переменными токами
Электромагнитные явления и физика вообще
1
Л.18 Переменные поля. Излучение света
Классическая картина распространения и генерации ЭМИ
 Dds    dV
q
S
(1.7)
V
 Bds  0
(1.8)
S
B
l Edl  S t ds (1.9)
D
l Hdl  S t ds  S jds (1.10)
Переменное
электромагнитное поле
может существовать в
пространстве
само по себе (без
вещества) и
распространяться в
виде ЭМВ – это видно из
уравнений Максвелла
2
Пустое пространство – нет токов и зарядов
 Eds  0 (18.1)
S
 Bds  0
(18.2)
D   0 E (18.5)
 1
Вакуум
S
B
l Edl  S t ds (18.3)
0 0  1/ c
1 E
l Bdl  c2 S t ds (18.4)
B  0 H (18.6)
 1
2
(18.7)
Вакуум
3
Электромагнитные волны
E  Em cos  kz  t  (1.11)
B  Bm cos  kz  t  (1.12)
Уравнения плоской
монохроматической
электромагнитной
волны,
распространяющейся в
положительном
направлении оси z
Откуда берутся ЭМВ?
Покоящийся заряд –> постоянное электрическое поле
Равномерно движущийся заряд –> переменное
электрическое поле + переменное магнитное поле, но
излучения нет (принцип относительности =
равноправность всех ИСО)
Ускоренно движущийся заряд –> переменное
электрическое поле + переменное магнитное поле
= излучение
Примеры были:
л.7 – тормозное рентгеновское излучение
л.7 и л.16 – магнетрон (микроволновая печь)
4
5
Интенсивность излучения диполя
q l  cos 
IЭ 
(18.8)
2
2 3
32  0 r c
2 2
0
4
2
pe  ql0 cos t  (18.9)

Диаграмма
направленности
излучения
диполя
Сюда
излучение не
идёт вообще
Сюда идёт
максимум
излучения
Анализ формулы для интенсивности излучения
диполя: зависимость от частоты
q l  cos 
IЭ 
(18.8)
2
2 3
32  0 r c
2 2
0
4
2
Интенсивность излучения
мала на малых частотах
даже при большой
амплитуде.
1) Вот почему излучаемый сигнал необходимо
модулировать (100 МГц по сравнению с 1 кГц)
2) Вот почему небо днём голубое, а Солнце на
закате и восходе красное
6
0
«Три вещи» для запоминания прямо сейчас
E  Em cos  kz  t  (1.11)
B  Bm cos  kz  t  (1.12)
I ИЗЛ
E
2
m
4
(18.8)
Уравнения плоской монохроматической электромагнитной волны, распространяющейся в положительном направлении оси
z
Зависимость интенсивности
излучения от частоты и
амплитуды
В классическом представлении электромагнитное
излучение порождается ускоренно движущимися
электрическими зарядами или переменными токами
7
Что такое интенсивность? Связь энергии
колебаний и волн с их амплитудой
Волны
Колебания
m 2 k 2
W

(10.6)
2
2
dW
W =
(18.10)
dV
  t   m cos 0t   0  (10.8)
jW  W v gr (11.5)
 ( x, t )  m cos  kx  t   0  (11.0)
W

2
m
(18.11)
W
W

2
m
(18.12)
8
Что такое интенсивность? Связь энергии ЭМВ с их
амплитудой
ЭМВ = электрическое поле + магнитное поле
WE  t  
WB  t  
D t  E t 
2
B t  H t 
2
(18.13)
Плотность
энергии электрического поля
(18.14)
Плотность
энергии магнитного поля
 0 Em  0 H m (18.15)
Связь амплитуд НЭП и
НМП в ЭМВ в вакууме
9
Что такое интенсивность? Связь энергии ЭМВ с их
амплитудой
ППЭ ЭМВ быстро изменяется со временем
 D t  E t  B t  H t  
jWЭМВ  t   vgr 

 (18.16)
2
2


Поэтому пользуются интенсивностью – средним значением
ППЭ ЭМВ по времени за период
 jWЭМВ  
1

j


WЭМВ
 t  dt
0
I ЭМВ  Em H m / 2 (18.18)
(18.17)
Определение
среднего
значения по
времени за
промежуток тау
Квантовая картина распространения и генерации ЭМИ
ЭМИ - фотоны
Движутся в вакууме со скоростью с
относительно любой ИСО
Энергия ЭМИ пропорциональна числу фотонов
Энергия одного фотона пропорциональна
частоте ЭМИ
Wф   (1.13)
pф  k (1.15)
10
Спонтанное излучение света атомом
O
O
W3
W3
W2
W2
W1
W1
11
P10
W0
До излучения:
атом в первом
возбуждённом
состоянии
W0
Wф10  W1  W0 (18.19)
После излучения:
атом перешёл в
основное
состояние, испустив
фотон (photon)
Схема уровней энергии
атома водорода
n

3
2
1
0
Wn  
12
WI
 n  1
2
(18.20)
Спектральный анализ - прикладная наука и технология
(David Alter, 1854, USA; Gustav Kirchhoff und Robert
Bunsen, 1860, Deutschland )
Спектральный анализ на многих производствах:
количественно определяется химический состав
материалов
Спектральный анализ в астрофизике: количественно
определяется химический состав звёзд
Спектральный анализ в астрономии: с помощью
эффекта Доплера количественно определяется
скорость движения звёзд и галактик
Линии в спектрах удалённых галактик смещены в
красную сторону: Вселенная расширяется (закон
Хаббла). Значит был Большой Взрыв!
13
0
«Три вещи» для запоминания прямо сейчас
E  Em cos  kz  t  (1.11)
B  Bm cos  kz  t  (1.12)
I ИЗЛ
E
2
m
4
(18.8)
Уравнения плоской монохроматической электромагнитной волны, распространяющейся в положительном направлении оси
z
Зависимость интенсивности
излучения от частоты и
амплитуды
В классическом представлении электромагнитное
излучение порождается ускоренно движущимися
электрическими зарядами или переменными токами