Спектр электромагнитных волн

В семидесятых годах прошлого века, когда Дж. Максвелл высказал гипотезу об электромагнитной природе световых волн, и позже, когда эта гипотеза была подтверждена классическими опытами Г. Герца (см. «Электричество и магнетизм», гл. 12), физики располагали довольно скромными данными об излучении различных частот. При нагревании тел и при электрических разрядах в газах наблюдалось видимое излучение, а также более длинноволновое инфракрасное (частоты от 1012 до 4-1011 Гц) излучение, обнаруживаемое по создаваемому им нагреванию освещаемых тел, и более коротковолновое ультрафиолетовое излучение (частоты от 7,5×1014 до 7×1016 Гц), проявляющееся по химическим действиям и вызывающее видимое свечение при поглощении его веществом. Причиной этих излучений являются внутриатомные и внутримолекулярные процессы.

11ри электрических колебаниях в различных контурах и электрических машинах были получены волны от частот порядка десятков герц до частоты 5×108 Гц (в опытах Герца) и даже 5×1010 Гц II более поздних опытах Лебедева (1895).

Для полного торжества теории Максвелла необходимо было перекрыть области излучения, доступные обоим методам. Это удалось сделать в двадцатых годах нашего века профессору МГУ Д. Л. Глаголевой-Аркадьевой, создавшей ряд излучателей, в которых возбуждались электромагнитные колебания в металлических опилках, игравших роль маленьких диполей Герца; опилки при разряде сгорали и тут же заменялись новыми. Излучение было очень немонохроматично и слабо. Тем не менее, удалось доказать, что такие излучатели дают частоты до 5-1012 Гц, т. е. длинноволновое инфракрасное излучение.

В настоящее время выяснено, что при внутримолекулярных процессах может возникать весьма длинноволновое излучение (частоты вплоть до 104 Гц), так что теория Максвелла получила полное подтверждение. Теперь считается, что инфракрасное излучение охватывает частоты от 4×1011 до 1011 Гц. Границами ультрафиолетового излучения принято считать частоты 7,5×1014 и 5×1016Тц. Ультрафиолетовое излучение поглощается обычными стеклами, а его высокочастотная часть — и атмосферой. Именно поэтому над

Рис. 1.1

Землей на высоте около 30 км возникает слой озона (03), предохраняющий живые организмы от вредного излучения. По той же причине опыты с высокочастотным ультрафиолетовым излучением приходится вести в вакуумной аппаратуре.

В 1895 г. Рентген обнаружил высокочастотное излучение при торможении пучка быстрых электронов металлической преградой. Эго излучение (частоты от 5-10 до 10” Гц) было названо рентгеновским. Такое же и еще более высокочастотное излучение (до частоты 10” Гц) возникает при ядерных реакциях и превращениях элементарных частиц; его называют гамма-излучением. Самое высокочастотное гамма-излучение приходит к нам из космоса.

В оптике длины волн часто выражают в микрометрах (мкм) и ангстремах (Ά):

1 Ά = 10-4 мкм = 10-10 м.

На рисунке 1.1 изображена шкала электромагнитных волн, дающая представление о богатстве электромагнитного спектра в принятом ныне делении его на диапазоны (их условность подчеркнута перекрытием границ диапазонов). Тем не менее излучение соседних диапазонов имеет заметные качественные отличия и требует особых методов исследования — последние описываются в соответствующих главах. Обратим внимание читателя на логарифмический масштаб шкалы, необходимый из-за громадности интервала рассматриваемых частот.