ДИПО́ЛЬНОЕ ИЗЛУЧЕ́НИЕ
-
Рубрика: Физика
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
ДИПО́ЛЬНОЕ ИЗЛУЧЕ́НИЕ, электромагнитное излучение, обусловленное изменением во времени дипольного момента системы. Различают электрич. и магнитное Д. и. в зависимости от того, вызывается оно изменением электрич. или магнитного дипольного момента.
В классич. электродинамике Д. и. – излучение электромагнитных волн, возникающее при изменении во времени электрич. или магнитного дипольного момента любой системы зарядов и токов. Простейшим примером системы с переменным электрич. дипольным моментом служит Герца вибратор – металлич. антенна, имеющая форму разрезанного по длине на две равные части штыря, подключённого в разрезе к источнику переменного тока. Под действием этого источника тока в штыре возникает переменный ток, который и создаёт переменный электрич. диполь. Переменный магнитный дипольный момент можно создать, если по любому замкнутому контуру без самопересечений расположить проводник и пропустить по нему переменный электрич. ток. Согласно классич. электродинамике, Д. и. в волновой зоне, т. е. на расстоянии от переменного дипольного момента, значительно превышающем длину волны излучения, представляет собой расходящуюся волну со сферич. фронтом, векторы напряжённостей электрич. $\boldsymbol E$ и магнитного $\boldsymbol H$ полей в каждой точке перпендикулярны направлению распространения волны, амплитуды E и H в этой волне с ростом расстояния $R$ убывают как $1/R$. В нерелятивистском приближении (скорости движения зарядов много меньше скорости света $c$) поле, создаваемое движущимися или неподвижными зарядами вне зоны их размещения, описывается как совокупность полей мультиполей. В релятивистском случае, когда характерные скорости зарядов в излучающей системе оказываются близкими к $c$, а характерная длина волны излучения сравнимой с размерами излучающей системы, мультипольное разложение полей излучения, первыми двумя членами которого являются поля электрич. и магнитного дипольных приближений, становится неприменимым.
Д. и., как и любое др. электромагнитное излучение, уносит из источника энергию, уменьшая тем самым энергию колебаний дипольного момента. Обычно электрическое Д. и. одной и той же излучающей системы значительно больше магнитного Д. и. и последним можно пренебречь. В тех же случаях, когда по тем или иным причинам электрическое Д. и. отсутствует или сильно подавлено, необходимо учитывать магнитное Д. и. и электрич. квадрупольное.
Согласно квантовой теории, электромагнитное излучение возникает при квантовом переходе системы из состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией. При таком переходе излучается фотон частоты $ν=(E_1-E_2)/h$, где $E_1$ и $E_2$ – энергии начального и конечного состояний, $h$ – постоянная Планка. Такой самопроизвольный переход системы в состояние с более низкой энергией, сопровождающийся испусканием фотона, называется спонтанным. Если размеры системы малы по сравнению с длиной волны фотона, то вероятность спонтанного перехода в единицу времени из первого состояния во второе в первом приближении теории возмущений пропорциональна квадрату элемента матрицы $\boldsymbol p_{12}$ электрич. дипольного момента системы. Именно поэтому Д. и. называется излучение при квантовом переходе, у которого отличен от нуля соответствующий данному переходу элемент матрицы электрич. дипольного момента (т. н. дипольный переход). Дипольные переходы играют осн. роль в испускании фотонов атомами и молекулами. Если эти переходы запрещены правилами отбора, то, как и в классич. системе, приобретают значение др. переходы, для которых отличны от нуля, напр., к.-л. элементы матрицы квадрупольного электрич. или магнитного дипольного момента. Наряду со спонтанным Д. и. существует вынужденное Д. и. возбуждённой дипольной системы, напр. молекулы.