Способы исследования электромагнитных волн различной длины

Способы исследования электромагнитных волн раз­личной длины. Электромагнитные волны, применяемые в радиотехнике, имеют длину от нескольких километров до нескольких сантиметров. Электромагнитные же волны, пред­ставляющие собой свет, характеризуются длиной волны в несколько десятых микрометра. Это простое сопоставление показывает, что количественное различие в длине волны приводит к глубокому качественному различию во многих свойствах и особенностях элек­тромагнитных волн. Возникает важная задача ближе озна­комиться со свойствами электромагнитных волн разной длины. Для разделения волн различной длины обычно при­меняют какой-либо способ разложения сложного излучения в спектр. В случае видимого света для этой цели можно воспользоваться дифракционной решеткой (см. § 136) или призмой (см. § 86).

Рассматривая полученный на экране спектр, мы убежда­емся в возможности по цвету различать глазом волны раз­личной длины. Однако, как уже неоднократно указывалось, глаз воспринимает только те электромагнитные волны, дли­на которых лежит в пределах (приблизительно) от 400 до 760 нм. Границы эти, конечно, довольно неопределенны, и отдельные наблюдатели способны «видеть» волны и несколько более короткие (примерно до 370 нм) и несколько более длинные (около 800 нм). Необходимо поэтому найти более общий способ обнаружения электромагнитных волн, чем наблюдение при помощи глаза.

Так как распространяющаяся электромагнитная волна любой длины несет энергию, то таким более общим способом может явиться измерение энергии волны. Наиболее удоб­ный для этой цели прием заключается в превращении элект­ромагнитной энергии волны во внутреннюю энергию ве­щества, возрастание которой сопровождается нагреванием тела. Нагревание тел обнаруживается очень хорошо при помощи чувствительных термометров, например термоэле­ментов (см. т. II, § 83). Частичное превращение энергии электромагнитных волн во внутреннюю энергию происходит всякий раз, когда эти волны падают на какое-либо вещество и более или менее сильно поглощаются им. Опыт обнаружил, что некоторые черные вещества, например сажа, практи­чески полностью поглощают энергию, приносимую световыми волнами различной длины. Именно поэто­му они и представляются черными, т. е. не отражаю­щими свет.

Покрыв налетом сажи чувствительную часть термоэле­мента, можно, передвигая его по спектру, изучать элект­ромагнитные волны в широком интервале длин волн. На рис. 297 изображено расположение элементов оптической

Рис. 297. Схема опыта по исследованию распределения энергии в спект­ре: 1, 2, 3, 4 — части спектрального аппарата, дающего спектр источ­ника в плоскости 5, 6—термоэлемент, могущий перемещаться вдоль спектра, 7 — гальванометр, Ф — фиолетовая граница спектра, Кр — красная граница спектра

системы, пригодное для указанной цели. Измерив нагрева­ние термоэлемента, можно вычислить энергию, приходя­щуюся на соответствующую область спектра, т. е. судить о распределении энергии по спектру. Такие энергетические измерения дают результаты, отличные от заключений, кото­рые делает глаз. Действительно, человеку, воспринимаю­щему свет глазом, желтая или зеленая часть спектра света дугового фонаря кажется гораздо ярче, чем красная, тогда как термоэлемент обнаруживает в красной части большее нагревание. Причина лежит в особенностях глаза, чувствительность которого к разным цветам различна (см. § 68) и который поэтому не дает правильных показаний относитель­но распределения энергии по спектру. Термоэлемент же — вполне «беспристрастный» прибор, ибо для всех длин волн он дает возможность судить о внутренней энергии, в кото­рую переходит энергия света при поглощении.