Маъруза 2-мавзу. Электромагнит нурланишнинг тарқалишини ифодалашнинг асосий усуллари

Спектр электромагнитных волн.

Электромагнитные волны классифицируются по длине волны  или связанной с ней частотой волны . Отметим также, что эти параметры характеризуют не только волновые, но и квантовые свойства электромагнитного поля. Соответственно в первом случае электромагнитная волна описывается классическими законами, изучаемыми в данном томе, а во втором - квантовыми законами, изучаемыми в томе 5 настоящего пособия.

Рассмотрим понятие спектра электромагнитных волн. Спектром электромагнитных волн называется полоса частот электромагнитных волн, существующих в природе.

Спектр электромагнитного излучения в порядке увеличения частоты составляют:

1) Радиоволны;

2) Инфракрасное излучение;

3) Световое излучение;

4) Рентгеновское излучение;

5) Гамма излучение.

Различные участки электромагнитного спектра отличаются по способу излучения и приёма волн, принадлежащих тому или иному участку спектра. По этой причине, между различными участками электромагнитного спектра нет резких границ.

Радиоволны изучает классическая электродинамика. Инфракрасное световое и ультрафиолетовое излучение изучает как классическая оптика, так и квантовая физика. Рентгеновское и гамма излучение изучается в квантовой и ядерной физике.

Рассмотрим спектр электромагнитных волн более подробно.

Radio to'lqinlari.

Radioto'lqinlar - to'lqin uzunligi 0,1 mm dan ortiq bo'lgan elektromagnit to'lqinlar (chastotasi 3 1012 Gts = 3000 GHz dan kam).

Radio to'lqinlari quyidagilarga bo'linadi:

1. To'lqin uzunligi 10 km dan ortiq bo'lgan o'ta uzun to'lqinlar (chastotasi 3 104Hz=30kHz dan kam);

2. Uzunligi 10 km dan 1 km gacha bo'lgan uzun to'lqinlar (chastotasi 3 104 Hz -3 105 Hz = 300 kHz diapazonida);

3. Uzunligi 1 km dan 100 m gacha bo'lgan o'rta to'lqinlar (chastotasi 3105 Gts -3106 Gts = 3 MGts oralig'ida);

4. 100 m dan 10 m gacha bo'lgan to'lqin uzunligidagi qisqa to'lqinlar (chastotasi 3106Hz-3107Hz=30MHz diapazonida);

5. To'lqin uzunligi 10 m dan kam bo'lgan ultraqisqa to'lqinlar (chastota 3107Hz=30MHz dan ortiq).

Ultraqisqa to'lqinlar, o'z navbatida, quyidagilarga bo'linadi:

a) metrli to'lqinlar;

b) santimetrli to'lqinlar;

c) millimetrli to'lqinlar;

d) submillimetr yoki mikrometr.

To'lqin uzunligi 1 m dan kam bo'lgan to'lqinlar (chastotasi 300 MGts dan kam) mikroto'lqinlar yoki mikroto'lqinlar deb ataladi.

Radio diapazoni to'lqin uzunliklarining atomlar o'lchamiga nisbatan katta qiymatlari tufayli radio to'lqinlarning tarqalishi muhitning atomistik tuzilishini hisobga olmagan holda ko'rib chiqilishi mumkin, ya'ni. Maksvell nazariyasini qurishda odatiy hol bo'lganidek, fenomenologik jihatdan. Radioto'lqinlarning kvant xususiyatlari faqat spektrning infraqizil qismiga ulashgan eng qisqa to'lqinlar uchun va deb ataladigan tarqalish paytida namoyon bo'ladi. Atomlar va molekulalar ichidagi elektronlarning tebranish vaqti bilan solishtirish mumkin bo'lgan 10-12 sek-10-15 soniya davomiylikdagi ultraqisqa impulslar.

Радиоволны.

Радиоволны представляют собой электромагнитные волны, длины которых превосходят 0.1мм( частота меньше 3 10¹²гц = 3000 Ггц).

Радиоволны делятся на:

1. Сверхдлинные волны с длиной волны больше 10км( частота меньше 3 10⁴гц=30кгц);

2. Длинные волны в интервале длин от10км до 1км( частота в диапазоне 3 10⁴ гц ^-3 10⁵гц=300кгц);

3. Средние волны в интервале длин от1км до 100м(частота в диапазоне 3 10⁵ гц -310⁶гц=3мгц);

4. Короткие волны в интервале длин волн от 100м до 10м (частота в диапазоне 310⁶гц-310⁷гц=30мгц);

5. Ультракороткие волны с длиной волны меньше 10м(частота больше 310⁷гц=30Мгц).

Ультракороткие волны в свою очередь делятся на :

а) метровые волны;

б) сантиметровые волны;

в) миллиметровые волны;

г) субмиллиметровые или микрометровые.

Волны с длиной волны меньше, чем 1м(частота меньше чем 300мгц) называются микроволнами или волнами сверхвысоких частот(СВЧ - волны).

Из-за больших значений длин волн радиодиапазона по сравнению с размерами атомов распространение радиоволн можно рассматривать без учета атомистического строения среды, т.е. феноменологически, как принято при построении теории Максвелла. Квантовые свойства радиоволн проявляются лишь для самых коротких волн, примыкающих к инфракрасному участку спектра и при распространении т.н. сверхкоротких импульсов с длительностью порядка 10^-12сек- 10^-15сек, сравнимой со временем колебаний электронов внутри атомов и молекул.

Infraqizil va yorug'lik nurlanishi.

Infraqizil, yorug'lik, shu jumladan ultrabinafsha nurlanish, so'zning keng ma'nosida elektromagnit to'lqinlar spektrining optik mintaqasini tashkil qiladi. Ushbu to'lqinlar spektri bo'limlarining yaqinligi ularni o'rganish va amaliy qo'llash uchun ishlatiladigan usullar va asboblarning o'xshashligiga olib keldi. Tarixiy jihatdan bu maqsadlar uchun linzalar, difraksion panjaralar, prizmalar, diafragmalar, turli optik qurilmalar tarkibiga kiruvchi optik faol moddalar (interferometrlar, polarizatorlar, modulyatorlar va boshqalar) ishlatilgan.

Boshqa tomondan, spektrning optik mintaqasining nurlanishi turli xil muhitlarning o'tishning umumiy naqshlariga ega, ularni geometrik optika yordamida olish mumkin, bu hisoblash va optik qurilmalarni va optik signal tarqalish kanallarini qurish uchun keng qo'llaniladi.

Optik spektr 210-6m = 2 mkm dan 10-8m = 10nm oralig'ida (1,51014 Gts dan 31016 Gts gacha chastotada) elektromagnit to'lqin uzunligi oralig'ini egallaydi. Optik diapazonning yuqori chegarasi infraqizil diapazonning uzun to'lqin chegarasi bilan, pastki chegarasi esa ultrabinafshaning qisqa to'lqin chegarasi bilan belgilanadi (2.14-rasm).

Guruch. 1.14.

Chastotadagi optik diapazonning kengligi taxminan 18 oktava1 ni tashkil qiladi, shundan taxminan bir oktava ( ) optik diapazonga to'g'ri keladi; ultrabinafsha uchun - 5 oktava (), infraqizil nurlanish uchun - 11 oktava (

).

Spektrning optik qismida materiyaning atomistik tuzilishi bilan bog'liq hodisalar sezilarli bo'ladi. Shu sababli optik nurlanishning to'lqin xossalari bilan bir qatorda kvant xossalari ham paydo bo'ladi.

Rentgen va gamma nurlanishi.

Rentgen va gamma nurlanish sohasida nurlanishning kvant xossalari birinchi o'ringa chiqadi.

Rentgen nurlanishi tez zaryadlangan zarrachalarning (elektronlar, protonlar va boshqalar) sekinlashishi paytida, shuningdek atomlarning elektron qobiqlari ichida sodir bo'ladigan jarayonlar natijasida paydo bo'ladi.

Gamma-nurlanish - atom yadrolari ichida sodir bo'ladigan hodisalar, shuningdek, yadroviy reaktsiyalar natijasida. Rentgen va gamma nurlanish orasidagi chegara shartli ravishda berilgan nurlanish chastotasiga mos keladigan energiya kvantining 2 kattaligi bilan aniqlanadi.

Rentgen nurlanishi uzunligi 50 nm dan 10-3 nm gacha bo'lgan elektromagnit to'lqinlardan iborat bo'lib, u 20 eV dan 1 MeV gacha bo'lgan kvant energiyasiga to'g'ri keladi.

Gamma nurlanish - 0,1 MeV dan ortiq foton energiyasiga to'g'ri keladigan to'lqin uzunligi 10-2 nm dan kam bo'lgan elektromagnit to'lqinlar.