3.5.2. Випромінювання електромагнітних хвиль. Дипольне випр. Електромагнітна природа світла. Шкала електромагнітних хвиль.

Найважливішим висновком теорії електромагнітного поля, розробленої Максвеллом, є те, що у вільному просторі електромагнітні хвилі поширюються зі швидкістю світла. Згідно з нею світло – це електромагнітні хвилі з малою довжиною. Якщо в якійсь частині простору відбувається нестаціонарний рух електричних зарядів, то він зумовлює появу змінних електричних і магнітних полів, тобто викликає збудження електромагнітних хвиль. Виникнувши електромагнітні хвилі можуть існувати самі собою, поширюючись зі швидкістю світла. Тобто швидкість поширення світла і швидкість поширення електромагнітних хвиль у вакуумі однакові: . В середовищі: . У випадку неферомагнітних середовищ ( ): або - закон Максвелла (зв’язок між оптичними, електричними і магнітними константами)

- хвильові рівняння.

Якщо (ортогональні), то

і пов’язані між собою лінійною залежністю, при чому вони змінюються так, що одночасно проходять через максимум і мінімум.

Дипольне випромінювання:

З цього можна визначити

. Один з прикладів випр. є гармонічний диполь.

Оптичний діапазон електромагнітних хвиль простягається від λ = 10^-11м до λ = 10^-2м. Видимий діапазон є частиною оптичного діапазону і включає електромагнітні хвилі, які сприймаються людським оком (λ = ).

4.1.1 Джерела і приймачі світла. Теплові, люмінесцентні, лазери. Природні і шту­ч­ні. Болометри і термоелементи, фотоелементи, дія яких ґрунтується на пе­ре­т­воренні світлової енергії в теплову енергію.

Джерела світла - це прилади і пристрої, а також природні і космічні об'єкти, в яких різні види енергії перетворюються в енергію електромагнітного випромінювання. Космічні і природні об'єкти, які випромінюють світло (Сонце, зірки тощо) називають природними джерелами. За способом генерування випромінювання джерела світла поділяють на три типи.

1. відносять джерела, випромінювання в яких здійснюється за рахунок внутрішньої енергії (тепла). теплове випромінювання. (лампи розжарювання)

2. тіла, які за певних умов здатні випромінювати світло внаслідок люмінесценції. Люмінесцентне випромінювання (холодне). Різновидом люмінесцентного випромінювання є лазерне випромінювання. (Речовина, у якій спостерігається люмінесценція, називається люмінофором.

Люмінесцентне випромінювання виникає за рахунок квантових переходів атомів, іонів, молекулзі збудженого стану в основний чи менш збуджений, тому кожен атом, іон чи молекулалюмінофора є центром люмінесценції.)

3. джерела, в яких поєднуються механізми випромінювання перших двох способів оптичного випромінювання. Наприклад, електрична дуга високої інтенсивності, випромінювання анода якої буде тепловим, а міжелектродне випромінювання - люмінесцентним.

Основними характеристиками джерел світла є спектральний склад випромінювання (тобто розподіл енергії випромінювання за довжинами хвиль) та світлова віддача, під якою розуміють відношення світлового потоку Ф, що випромінюється джерелом світла, до потужності Р, яку воно споживає:

, де - світловіддача реальна, =683 лм.

Люмен - одиниця виміру світлового потоку. Один люмен дорівнює світловому потоку, що випускається точковим ізотропним джерелом, із силою світла, яка дорівнює одній канделі, в тілесний кут величиною в один стерадіан:

1 лм = 1 кд × ср ( = 1 лк × м²).

Джерела світла ще поділяють на когерентні і некогерентні. Когерентні джерела світла генерують випромінювання із надзвичайно великою спектральною інтенсивністю, високим ступенем монохроматичності і направленості. Серед всіх відомих сьогодні джерел світла когерентними є тільки лазери, випромінювання яких є вимушеним (індукованим). Випромінювання більшості джерел світла некогерентне і являє собою суперпозицію електромагнітних хвиль, які спонтанно випромінюються великою кількістю незалежних елементарних випромінювачів.

Люмінесцентні джерела світла володіють великою світловіддачею і великим коефіцієнтом корисної дії, що робить їх більш економічно вигідними. Вони здатні давати випромінювання у вузьких спектральних ділянках, що важливо в наукових дослідженнях.

Під приймачем (детектором) енергії е\м випромінювання розуміють тіло, яке ефективно перетворює поглинуту ним енергію випромінювання в один із видів енергії: електричну, біологічну, хімічну тощо.

Приймачі енергії випромінювання поділяються на два великі класи: фізичні (термоелементи, фотоелементи, люмінофори, фотоемульсії і т.д.) і біологічні (око, зелене листя рослин, шкіра людини і тварин тощо).

Теплові приймачі. поглинання світла приводить до зміни стану речовини чутливого елемента, такою зміною може бути підв температури.

Простішим з таких приймачів є термоелектричний перетворювач, який складається з двох дротин з різних металів, два кінці яких спаяні один з одним. Цей спай називається активним (гарячим). Два інші кінці називаються холодними і під'єднуються до вимірювального приладу. Якщо освітити місце спаю, то в колі виникне термо-ЕРС, значення якої пропорційне різниці температур між гарячим і холодними кінцями. Як правило, термопари виготовляють із металів, одним із яких є платина, а другим -хромель, ніхром, молібден, вольфрам, мідь, срібло, алюміній, нікель тощо.

Фотоелектричні приймачі. Сюди відносяться фотоелементи із зовнішнім і внутрішнім фотоефектом. Для світлових вимірювань часто використовують селенові фотоелементи.

Фотохімічні приймачі. В фотохімічних приймачах під дією поглинутого випромінювання відбуваються хімічні реакції, змінюється структура деяких молекул. До таких приймачів відносяться всі фотографічні матеріали (фотоплівка, фотопластинки, фотопапір). Поглинутий таким приймачем фотон може викликати нагрівання матеріалу, збудження молекули або її дисоціацію.

Фотохімічний приймач, як і будь-який інший, характеризується спектральною, інтегральною і відносною чутливістю.

Болометр - прилад для вимірювання енергії випромінювання. Основний компонент болометра - дуже тонка пластинка, зачорнена для кращого поглинання випромінювання. Через свою малу товщину пластинка під дією випромінювання швидко нагрівається і її опір підвищується.