Небо синее, Солнце красное

ØÊÎËÀ
Íåáî ñèíåå,
Ñîëíöå êðàñíîå
À.ÑÒÀÑÅÍÊÎ
Íè ïóñòîòû, íè òüìû íàì íå äàíî:
Åñòü âñþäó ñâåò, ïðåäâå÷íûé è âåëèêèé…
È.Áóíèí
Ê
ÀÊ ÈÇÂÅÑÒÍÎ, ÀÍÒÅÍÍÛ ÑÎÇÄÀÍÛ ÄËß ÒÎÃÎ, ×ÒÎ-
áû èçëó÷àòü è ïðèíèìàòü ýëåêòðîìàãíèòíûå âîëíû.
Îòäåëüíûé àòîì òîæå èçëó÷àåò, ïåðåõîäÿ â áîëåå íèçêîå
ýíåðãåòè÷åñêîå ñîñòîÿíèå. Íî îí ìîæåò è ïðèíèìàòü ýëåêòðîìàãíèòíûå âîëíû îïðåäåëåííûõ ÷àñòîò, âîçáóæäàÿñü ïðè
ýòîì, ò.å. ïåðåõîäÿ â ñîñòîÿíèå ñ áîëüøåé ýíåðãèåé. Òàê ÷òî
àòîì â êàêîé-òî ìåðå åñòü ìàëåíüêàÿ àíòåííà. Òîëüêî â àòîìå,
ñîãëàñíî êëàññè÷åñêîé ìîäåëè, ýëåêòðîíû äâèæóòñÿ ïî çàìêíóòûì òðàåêòîðèÿì, â ïðîñòåéøåì ñëó÷àå – ïî îêðóæíîñòÿì. À äâèæåíèå ïî îêðóæíîñòè (ñ ðàäèóñîì à) ìîæíî
ïðåäñòàâèòü êàê ñóììó äâóõ ãàðìîíè÷åñêèõ êîëåáàíèé, ïðîèñõîäÿùèõ â òîé æå ïëîñêîñòè, íî âî âçàèìíî ïåðïåíäèêóëÿðíûõ íàïðàâëåíèÿõ è ñî ñäâèãîì ôàç 90° (ðèñ.1,à):
Â
«ÊÂÀÍÒÅ»
37
íåíèé Ìàêñâåëëà, à â ñëó÷àå ðåàëüíîãî ìèêðîîáúåêòà (àòîìà) – è êâàíòîâóþ ôèçèêó. Îäíàêî, ýòèì ëó÷øå çàíÿòüñÿ,
ïîñòóïèâ â Ìîñêîâñêèé ôèçèêî-òåõíè÷åñêèé èíñòèòóò (èëè
â Ìîñêîâñêèé óíèâåðñèòåò). Ñåé÷àñ æå ïîñòàðàåìñÿ ñäåëàòü
íåêîòîðûå ïðèáëèæåííûå îöåíêè, îïèðàÿñü íà òåîðèþ ðàçìåðíîñòåé è ñâåäåíèÿ îá ýëåêòðîìàãíåòèçìå èç øêîëüíîé
ôèçèêè. Äëÿ óäîáñòâà äàæå ïåðåíóìåðóåì íåîáõîäèìûå íàì
êà÷åñòâåííûå ñîîáðàæåíèÿ.
1) Íåïîäâèæíûé çàðÿä íå èçëó÷àåò ýíåðãèþ. Òî æå î÷åâèäíî è â îòíîøåíèè çàðÿäà, äâèæóùåãîñÿ ñ ïîñòîÿííîé ñêîðîñòüþ (ðàâíîìåðíî è ïðÿìîëèíåéíî). Èíà÷å åãî èçëó÷åíèå
ìîæíî áûëî áû èñïîëüçîâàòü, ñêàæåì, äëÿ îïðåäåëåíèÿ
òîãî, êàêàÿ èç èíåðöèàëüíûõ ñèñòåì îòñ÷åòà äâèæåòñÿ, à
êàêàÿ íåïîäâèæíà, ÷òî çàïðåùåíî â ôèçèêå.
Èòàê, èçëó÷àòü ýíåðãèþ ìîæåò òîëüêî çàðÿä, äâèæóùèéñÿ
óñêîðåííî. Íàïðèìåð, çàðÿä, êîëåáëþùèéñÿ ïî óïîìÿíóòîìó âûøå ãàðìîíè÷åñêîìó çàêîíó x t = a cos ωt , çàâåäîìî
äâèæåòñÿ óñêîðåííî,è åãî óñêîðåíèå ðàâíî x ¢¢ = - ω2 x t .
2) Ýíåðãèÿ, èçëó÷àåìàÿ óñêîðåííî äâèæóùèìñÿ çàðÿäîì,
òå÷åò â ðàäèàëüíîì íàïðàâëåíèè (íå îáÿçàòåëüíî ðàâíîìåðíî ïî âñåì íàïðàâëåíèÿì; ðèñ.2). Ïðè ýòîì ïðåäïîëàãàåòñÿ,
÷òî èçëó÷åíèå ðàññìàòðèâàåòñÿ íà áîëüøèõ ðàññòîÿíèÿõ,
íàìíîãî ïðåâûøàþùèõ àìïëèòóäó êîëåáàíèé à.
c
E
x = a cos ωt ,
y = a sin ωt ,
+
x 2 + y 2 = a 2 cos2 ωt + sin 2 ωt = a2 .
Ðàññìîòðèì ïîýòîìó äâèæåíèå çàðÿäîâ òîëüêî âäîëü îäíîé
îñè, íàïðèìåð õ.
Âîîáðàçèì ïðîñòåéøóþ «àíòåííó» â âèäå äâóõ òî÷å÷íûõ
îäèíàêîâûõ ïî ìîäóëþ è ïðîòèâîïîëîæíûõ ïî çíàêó çàðÿäîâ ± q , ðàññòîÿíèå ìåæäó êîòîðûìè â äàííûé ìîìåíò ðàâíî
x t (ðèñ.1,á). Ýòà ñèñòåìà çàðÿäî⠖ äèïîëü – ýëåêòðè÷åñêè íåéòðàëüíà, òåì íå ìåíåå ïðè ïîñòîÿííîì çíà÷åíèè õ
y
x +y =a
a
ωt
x
=
y=a sin Mt
a
x=a cosMt
–a
a
+
–a
a)
á)
B∼E
E
x(t)
Ðèñ. 1
(ïëå÷î äèïîëÿ) îíà ñîçäàåò ýëåêòðè÷åñêîå äèïîëüíîå ïîëå,
êîòîðîå óáûâàåò ñ ðàññòîÿíèåì áûñòðåå, ÷åì ïîëå òî÷å÷íîãî
çàðÿäà. Ìîæíî ïîêàçàòü, ÷òî ìîäóëü íàïðÿæåííîñòè äèïîëüíîãî ïîëÿ ïðîïîðöèîíàëåí r - 3 , íî íàñ ñåé÷àñ ýòî
ñòàòè÷åñêîå ïîëå íå èíòåðåñóåò.
Ïóñòü ïîëîæèòåëüíûé çàðÿä íåïîäâèæåí (íàïðèìåð, òÿæåëîå ÿäðî àòîìà), à îòðèöàòåëüíûé («öåíòð òÿæåñòè»
ýëåêòðîíà èëè ýëåêòðîííîãî îáëàêà) äâèæåòñÿ îòíîñèòåëüíî
íåãî. ×òîáû òî÷íî îïèñàòü âîçíèêàþùåå ïåðåìåííîå ýëåêòðîìàãíèòíîå ïîëå, íåîáõîäèìî èñïîëüçîâàòü ñèñòåìó óðàâ-
B
B
r
+
0
_
a
H?=
Ðèñ. 2
Êðîìå òîãî, ýíåðãèÿ òå÷åò îò èçëó÷àþùåãî çàðÿäà, íåçàâèñèìî îò òîãî, äâèæåòñÿ ëè îí âïðàâî èëè âëåâî îò ïîëîæåíèÿ
ðàâíîâåñèÿ. Çíà÷èò, ïîòîê ýíåðãèè äîëæåí çàâèñåòü îò
÷åòíîé ñòåïåíè óñêîðåíèÿ. Êàêîé èìåííî? Íó êîíå÷íî,
âòîðîé, ïîñêîëüêó…
3) Ïëîòíîñòü ïîòîêà ýíåðãèè ýëåêòðîìàãíèòíîé âîëíû
ïðîïîðöèîíàëüíà ïðîèçâåäåíèþ ýëåêòðè÷åñêîãî è ìàãíèòíîãî ïîëåé, à ïîñëåäíèå ïðîïîðöèîíàëüíû äðóã äðóãó, â ñèëó
ëèíåéíîñòè óðàâíåíèé ýëåêòðîìàãíåòèçìà.
Óæå òî, ÷òî ìîùíîñòü èçëó÷åíèÿ ïðîïîðöèîíàëüíà ÷åòâåðòîé ñòåïåíè ÷àñòîòû ( W : x ¢¢2 : ω4 ), ïîçâîëÿåò îáúÿñíèòü
òàêîé êðàñèâûé ôàêò ïðèðîäû, êàê ãîëóáèçíà íåáà. Äåëî â
òîì, ÷òî Ñîëíöå èçëó÷àåò äîâîëüíî øèðîêèé ñïåêòð äëèí
ýëåêòðîìàãíèòíûõ âîëí λ (ðèñ.3). Íàø ãëàç ïðèñïîñîáèëñÿ
âèäåòü îñíîâíóþ, íàèáîëåå ýíåðãåòè÷íóþ ÷àñòü, çàêëþ÷åííóþ â ïðåäåëàõ λ = 0, 4 - 0,8 ìêì. Êîðîòêèå âîëíû ñîîòâåòñòâóþò ôèîëåòîâîìó êîíöó ýòîãî ñïåêòðà, äëèííûå – êðàñíîìó. Íî ÷åì ìåíüøå äëèíà âîëíû, òåì âûøå ÷àñòîòà
ω = 2πc λ . È, ñîãëàñíî ïîëó÷åííîìó âûøå ñîîòíîøåíèþ,
êîðîòêèå (èëè âûñîêî÷àñòîòíûå) âîëíû, âîçáóæäàÿ ÷àñòèöû
àòìîñôåðû (è òàêèì îáðàçîì ïðåâðàùàÿ èõ â èçëó÷àþùèå