- •Постоянный электрический ток
- •1.Электрический ток и его характеристики. Подвижность носителей тока.
- •2. Электродвижущая сила источника тока.
- •3. Законы Ома для неоднородного и однородного участков цепи. Напряжение. Закон Ома для замкнутой цепи.
- •4. Сопротивление и проводимость. Зависимость удельного сопротивления металлов от температуры. Сверхпроводимость. Соединение проводников.
- •5. Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа.
- •6. Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца. Коэффициент полезного действия источника тока.
- •Природа носителей тока в металлах. Закон Ома и закон Джоуля-Ленца в дифферен-циальной форме.
- •Магнитное поле в вакууме
- •Магнитное поле. Опыты Эрстеда. Силовое действие магнитного поля. Взаимодействие токов. Магнитный момент контура с током. Индукция магнитного поля.
- •Закон Био-Савара-Лапласа. Поле движущегося заряда.
- •Магнитное поле прямого и кругового токов:
- •Закон Ампера. Взаимодействие параллельных токов.
- •5. Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Линейная магнитная ловушка.
- •6.Движение заряженных частиц во взаимно перпендикулярных полях. Определение удельного заряда электрона. Циклотрон. Селектор скоростей. Масс-спектрометр.
- •Эффект Холла. Магнитогидродинамические генераторы.
- •Вихревой характер магнитного поля. Теорема Ампера о циркуляции индукции магнитного поля в дифференциаль-ной и интегральной форме для магнитных полей в вакууме.
- •Применение теоремы о циркуляции вектора в. Магнитное поле соленоида и тороида.
- •Работа перемещения проводника с током в магнитном поле.
- •12.Контур с током в однородном и неоднородном магнитном поле.
- •Магнитное поле в веществе
- •Вопрос 2
- •Вопрос 3
- •Вопрос 4
- •Вопрос 5
- •Вопрос 6
- •Электромагнитная индукция
- •1.Явление электромагнитной индукции. Классические опыты Фарадея. Закон Фарадея. Правило Ленца.
- •1. Явление электромагнитной индукции. Классические опыты Фарадея. Закон Фарадея. Правило Ленца.
- •2. Вывод закона электромагнитной индукции. Природа эдс электромагнитной индукции. Токи Фуко.
- •3. Явление самоиндукции. Зависимость эдс самоиндукции от скорости изменения силы тока в контуре.
- •4. Индуктивность. Индуктивность бесконечно длинного соленоида.
- •5. Взаимная индукция. Трансформаторы.
- •6. Энергия магнитного поля. Плотность энергии магнитного поля.
- •Вихревое электрическое поле. Бетатрон.
- •Ток смещения. Вихревое магнитное поле.
- •Уравнения Максвелла в интегральной и дифференциальной формах. Интегральная форма
- •Дифференциальная форма
- •Уравнения Максвелла для стационарных полей.
- •Электромагнитные колебания и волны
- •Волновая оптика
- •Полосы равной толщины
- •Кольца Ньютона
- •§ 185. Дисперсия света
- •§ 183. Разрешающая способность оптических приборов
- •§ 182. Дифракция на пространственной решетке. Формула Вульфа - Брэггов
- •§ 190. Естественный и поляризованный свет
- •§ 191. Поляризация света при отражении и преломлении на границе двух диэлектриков
- •§ 192. Двойное лучепреломление
- •§ 193. Поляризационные призмы и поляроиды
- •§ 195. Искусственная оптическая анизотропия
- •§ 196. Вращение плоскости поляризации
- •§ 185. Дисперсия света
- •§ 200. Формулы Рэлея - Джинса и Планка
- •§ 154. Фазовая скорость. Волновое уравнение
- •§ 155. Принцип суперпозиции. Групповая скорость
- •§ 187. Поглощение (абсорбция) света
- •Квантовая оптика
§ 155. Принцип суперпозиции. Групповая скорость
Если среда, в которой распространяется одновременно несколько волн, линейна, т. е. ее свойства не изменяются под действием возмущений, создаваемых волной, то к ним применим принцип суперпозиции (наложения) волн: при распространении в линейной среде нескольких волн каждая из них распространяется так, как будто другие волны отсутствуют, а результирующее смещение частицы среды в любой момент времени равно геометрической сумме смещений, которые получают частицы, участвуя в каждом из слагающих волновых процессов.
Исходя из принципа суперпозиции и разложения Фурье (см. (144.5)) любая волна может быть представлена в виде суммы гармонических волн, т. е. в виде волнового пакета, или группы волн. Волновым пакетом называется суперпозиция волн, мало отличающихся друг от друга по частоте, занимающая в каждый момент времени ограниченную область пространства.
"Сконструируем" простейший волновой пакет из двух распространяющихся вдоль положительного направления оси х гармонических волн с одинаковыми амплитудами, близкими частотами и волновыми числами, причем d << и dk<<k. Тогда
Эта волна отличается от гармонической тем, что ее амплитуда
есть медленно изменяющаяся функция координаты х и времени t.
За скорость распространения этой негармонической волны (волнового пакета) принимают скорость перемещения максимума амплитуды волны, рассматривая тем самым максимум в качестве центра волнового пакета. При условии, что td -xdk = const, получим
(155.1)
Скорость и есть групповая скорость. Ее можно определить как скорость движения группы волн, образующих в каждый момент времени локализованный в пространстве волновой пакет. Выражение (155.1) получено для волнового пакета из двух составляющих, однако можно доказать, что оно справедливо в самом общем случае.
Рассмотрим связь между групповой (см. (155.1)) и фазовой v= /k (см. (154.8)) скоростями. Учитывая, что k=2 / (см. (154.3)), получим
или
(155.2)
Из формулы (155.2) вытекает, что u может быть как меньше, так и больше v в зависимости от знака dv/d . В недиспергирующей среде dv/d =0 и групповая скорость совпадает с фазовой.
Понятие групповой скорости очень важно, так как именно она фигурирует при измерении дальности в радиолокации, в системах управления космическими объектами и т. д. В теории относительности доказывается, что групповая скорость u<<с, в то время как для фазовой скорости ограничений не существует.
№21
§ 187. Поглощение (абсорбция) света
Поглощением (абсорбцией) света называется явление уменьшения энергии световой волны при ее распространении в веществе вследствие преобразования энергии волны в другие виды энергии. В результате поглощения интенсивность света при прохождении через вещество уменьшается.
Поглощение света в веществе описывается законом Бугера*:
(187.1)
где I0 и I - интенсивности плоской монохроматической световой волны на входе и выходе слоя поглощающего вещества толщиной х, - коэффициент поглощения, зависящий от длины волны света, химической природы и состояния вещества и не зависящий от интенсивности света. При х=1/ интенсивность света I по сравнению с I0 уменьшается в е раз.
* П. Бугер (1698-1758) - французский ученый.
Коэффициент поглощения зависит от длины волны (или частоты ) и для различных веществ различен. Например, одноатомные газы и пары металлов (т.е. вещества, в которых атомы расположены на значительных расстояниях друг от друга и их можно считать изолированными) обладают близким к нулю коэффициентом поглощения и лишь для очень узких спектральных областей (примерно 10-12-10-11 м) наблюдаются резкие максимумы (так называемый линейчатый спектр поглощения). Эти линии соответствуют частотам собственных колебаний электронов в атомах. Спектр поглощения молекул, определяемый колебаниями атомов в молеку-лах, характеризуется полосами поглощения (примерно 10-10-10-7 м).
Коэффициент поглощения для диэлектриков невелик (примерно 10-3-10-5 см-1), однако у них наблюдается селективное поглощение света в определенных интервалах длин волн, когда резко возрастает, и наблюдаются сравнительно широкие полосы поглощения, т.е. диэлектрики имеют сплошной спектр поглощения. Это связано с тем, что в диэлектриках нет свободных электронов и поглощение света обусловлено явлением резонанса при вынужденных колебаниях электронов в атомах и атомов в молекулах диэлектрика.
Коэффициент поглощения для металлов имеет большие значения (примерно 103-105 см-1) и поэтому металлы являются непрозрачными для света. В металлах из-за наличия свободных электронов, движущихся под действием электрического поля световой волны, возникают быстропеременные токи, сопровождающиеся выделением джоулевой теплоты. Поэтому энергия световой волны быстро уменьшается, превращаясь во внутреннюю энергию металла. Чем выше проводимость металла, тем сильнее в нем поглощение света.
На рис. 271 представлены типичная зависимость коэффициента поглощения от длины волны света и зависимость показателя преломления n от в области полосы поглощения. Из рисунка следует, что внутри полосы поглощения наблюдается аномальная дисперсия (n убывает с уменьшением ). Однако поглощение вещества должно быть значительным, чтобы повлиять на ход показателя преломления.
Зависимостью коэффициента поглощения от длины волны объясняется окрашенность поглощающих тел. Например, стекло, слабо поглощающее красные и оранжевые лучи и сильно поглощающее зеленые и синие, при освещении белым светом будет казаться красным. Если на такое стекло направить зеленый и синий свет, то из-за сильного поглощения света этих длин волн стекло будет казаться черным. Это явление используется для изготовления светофильтров, которые в зависимости от химического состава (стекла с присадками различных солей, пленки из пластмасс, содержащие красители, растворы красителей и т. д.) пропускают свет только определенных длин волн, поглощая остальные. Разнообразие пределов селективного (избирательного) поглощения у различных веществ объясняет разнообразие и богатство цветов и красок, наблюдающееся в окружающем мире.
Явление поглощения широко используется в абсорбционном спектральном анализе смеси газов, основанном на измерениях спектров частот и интенсивностей линий (полос) поглощения. Структура спектров поглощения определяется составом и строением молекул, поэтому изучение спектров поглощения является одним из основных методов количественного и качественного исследования веществ.