|
 |
Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии
|
Общий каталог эффектов
 | Дипольное излучение электромагнитных волн |
 |
Излучение, обусловленное изменением во времени дипольного момента системы
Описание
Дипольное излучение – излучение, обусловленное изменением во времени дипольного момента системы. Различают электрическое и магнитное дипольное излучение в зависимости от того, вызывается ли оно изменением электрических ре или магнитных рm дипольных моментов.
Классическая теория. Произвольное распределение неподвижных или движущихся зарядов ρ и тока j, удовлетворяющих уравнению непрерывности:
Поле, создаваемое такими источниками вне области их размещения, описывается как совокупность полей (мультиполей): монополя (заряда), диполя, квадруполя и т. д. однако такое описание продуктивно только тогда, когда размер l области, содержащей источники, мал по сравнению с длиной волны излучения λ=2π/k=2πc/ω; l<<λ. Это ограничивает скорости u движения зарядов нерелятивистскими значениями, u<<c. Дипольное излучение из таких областей можно представить как излучение сосредоточенного (точечного) дипольного момента – электрического, соответствовавшего источникам
и магнитного, соответствующего токам
Здесь δ(r) – дельта-функция Дирака, а точка – знак дифференцирования по времени. Поле излучения создается только соленоидальными частями этих распределений, потенциальной части ответственны лишь за квазистатические поля.
На больших расстояниях R от области источников, R>>λ>>l, т. е. в волновой зоне, электрическое Е и магнитное Н поля в вакууме выражают следующими формулами:
(*)
Здесь n – единичный вектор вдоль R, запаздывающий аргумент t – R/c учитывает разницу между моментом возникновения волнового возмущения в точке источника и моментом прихода его в точку наблюдения. Поле магнитного дипольного излучения получают отсюда при помощи двойственности перестановочной принципа (Е→Н, Н→ − Е, pe→pm). Электромагнитное поле (*) представляет собой сферически расходящуюся волну с векторами Е и Н, перпендикулярными направлению ее распространения, т. е. вдали от источников – это квазиплоские волны типа ТЕМ.
Ключевые слова
Разделы наук
Используется в научно-технических эффектах
Используется в областях техники и экономики
Используются в научно-технических эффектах совместно с данным эффектом естественнонаучные эффекты
Применение эффекта
Практическое и научно-прикладное значение теории излучения огромно. На ней основывается разработка и применение лазеров и мазеров, создание новых источников света, ряд важных достижений в области радиотехники и спектроскопии. Понимание и изучение законов излучения важно и в другом отношении: по характеру излучения (энергетическому спектру, угловому распределению, поляризации) можно судить о свойствах излучателя. Излучение − пока фактически единственный и весьма многосторонний источник информации о космических объектах. Например, анализ излучения, приходящего из космоса, привёл к открытию таких необычных небесных тел, как пульсары. Изучение спектров далёких внегалактических объектов подтвердило теорию расширяющейся Вселенной. Одновременно изучение излучения позволяет проникнуть в область явлений микромира. Именно теории излучения принадлежит особая роль в формировании всей современной физической картины мира: преодоление трудностей, возникших в электродинамике движущихся сред, привело к созданию относительности теории; исследования М. Планка, посвященные тепловому излучению, положили начало квантовой теории и квантовой механики. Дальнейшее развитие теории излучения должно привести к ещё более глубокому познанию материи.
Реализации эффекта
Излучение электромагнитное - процесс образования свободного электромагнитного поля. (Термин «Излучение» применяют также для обозначения самого свободного, т. е. излученного, электромагнитного поля.) Классическая физика рассматривает Излучение как испускание электромагнитных волн ускоренно движущимися электрическими зарядами (в частности, переменными токами). Классическая теория объяснила очень многие характерные черты процессов излучения, однако она не смогла дать удовлетворительного описания ряда явлений, особенно теплового излучения тел и излучение микросистем (атомов и молекул). Такое описание оказалось возможным лишь в рамках квантовой теории излучения, показавшей, что излучение представляет собой рождение фотонов при изменении состояния квантовых систем (например, атомов). Квантовая теория, более глубоко проникнув в природу излучения, одновременно указала и границы применимости классической теории: последняя часто является очень хорошим приближением при описании излучения, оставаясь, например, теоретической базой радиотехники.
Дипольный момент электрический, физическая величина, характеризующая электрические свойства системы заряженных частиц. Дипольный момент системы из N заряженных частиц равен

где ei — заряд частицы номера i, а ri — её радиус-вектор. Дипольный момент нейтральной в целом системы зарядов не зависит от выбора начала координат, а определяется относительным расположением (и величинами) зарядов в системе. В частном случае, нейтральная система из двух зарядов (+е, -е) образует электрический диполь с Дипольный момент р = el, где l — радиус-вектор, проведённый от отрицательного заряда к положительному. В случае произвольной системы заряженных частиц её электрическое поле вдали от системы определяется различными мультиполями: полным зарядом, Дипольный момент, квадрупольным моментом и т.д. Однако электрическое поле нейтральной системы на больших по сравнению с размерами системы расстояниях в первом приближении определяется только её Дипольный момент Излучение электромагнитных волн, обусловленное изменением во времени Дипольный момент системы, называется дипольным излучением.
Диполь (от ди... и греч. pólos - полюс) электрический, совокупность двух равных по абсолютной величине разноимённых точечных зарядов, находящихся на некотором расстоянии друг от друга. Основной характеристикой электрического диполя является его дипольный момент - вектор, направленный от отрицательного заряда к положительному и численно равный произведению заряда е на расстояние l между зарядами: р = el. Дипольный момент определяет электрическое поле диполя на большом расстоянии R от него (R»l), а также воздействие на диполь внешнего электрического поля.
Литература
1. Физическая энциклопедия. т. 1, Гл. ред.: Прохоров А. М., - М.: Большая Российская Энциклопедия, 1998. Стр. 630.
2. Тамм Е., Основы теории электричества, 7 изд. - М.: Наука, 1957.
3. Иваненко Д., Соколов А., Классическая теория поля. - М. - Л.: Физ.мат.лит., 1949.
4. Иваненко Д., Соколов А., Квантовая теория поля. - М. - Л.: Физ.мат.лит., 1952.
5. Ахиезер А., Берестецкий В. Б., Квантовая электродинамика, 2 изд. - М.: Наука, 1959.
6. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М., Теория поля, 5 изд. - М.: Наука, 1967.