12. Вещество имеет размеры соизмеримые с длиной волны. Явления на границе вещества.

1. Дисперсия света.

П ри переходе электромагнитной волны из вакуума в вещество скорость распространения волны изменяется. Уменьшение скорости связано с тем, что, попадая в вещество, электромагнитная волна возбуждает вынужденные колебания электронов, которые излучают вторичные волны. Вторичные и первичные волны будут когерентны. Интерференция между ними приводит к изменению скорости волны, зависящей от частоты. При выводе формулы магнитного взаимодействия мы приняли, что , но тогда c = , где c- скорость света в вакууме, ε =1, μ=1, тогда в диэлектрике скорость распространения волны будет равна υ= .

μ- для всех веществ, исключая ферромагнетики равна 1, поэтому υ= . Относительная диэлектрическая проницаемость среды равна: ε =E_внеш/E_{результ} ,Е_внеш- напряженность внешнего электрического поля. Е_{результ} – напряженность внутри диэлектрика. Для дипольных молекул в постоянном электрическом поле расположение молекул будет одним, а в переменном поле молекулы не будут успевать поворачиваться. Причем, чем больше частота, тем на меньший угол они повернутся, а значит, Е_{результ} будет больше, поэтому относительная диэлектрическая проницаемость среды будет меньше. У льда, например, она уменьшается в 15 раз при изменении частоты от 0 до 50 кГц. Показатель преломления вещества n =c/υ, но υ= , отсюда n= , но ε зависит от частоты, поэтому n тоже зависит от частоты.

Зависимость показателя преломления от частоты называется дисперсией.

В оптическом диапазоне наличие или отсутствие у молекул дипольного момента, а также наличие ионной или ковалентной связи между частицами кристалла или жидкости уже перестаёт играть существенную роль и поляризация вещества возникает только за счёт деформации электронного облака. Вектор напряжённости электрического поля световой волны совершает колебания. Под действием этого электрического поля электрон в атоме начинает совершать вынужденные колебания. У большинства веществ в этом диапазоне находится собственная частота колебаний молекул, поэтому при увеличении частоты излучения возрастает амплитуда вынужденных колебаний электронного облака, что приводит к возрастанию поляризации, а значит уменьшению электрического поля (увеличению относительной диэлектрической проницаемости среды). При совпадении частот, наступает резонанс. При резонансе система поглощает наибольшую мощность. При этих частотах наблюдается максимальное поглощение света. На этом свойстве основана работа светофильтров. Это пластины из стекла с присадками тех или иных солей, молекулы которых в определённых частях спектра испытывают резонанс (поглощают определённые цвета).

Дисперсия света хорошо наблюдается при прохождении через трехгранную призму. В результате, белый свет, состоящий из волн с разной длиной волны, разлагается на составные части, так как коэффициент преломления для волн разной частоты – разный. Получается цветная полоса – сплошной спектр. Если в излучении присутствует не все длины волн, то получим линейчатый спектр. Трехгранная призма применяется в спектроскопе для получения спектров при спектральном анализе. В металлах Е_{результ}=0 ε→∞, а υ →0. Отсюда вывод: при малых частотах электромагнитная волна полностью отражается от металлов и не проходит внутрь. При больших частотах появляется значительная прозрачность в тонких пленках, которая объясняется квантовой физикой.

Вопросы:

1. Что называется дисперсией?

2. Как можно наблюдать дисперсию?