Отражение света - Кизель В.А.
Скачать (прямая ссылка):
Иными словами, выделение из суммарного поля отраженного и преломленного потоков энергии происходит не только на самой границе раздела (в силу граничных условий), но и вблизи нее в интерференционном поле (в силу интерференции). Толщина этого слоя I - порядка
') В поглощающей среде этот термин не точен, ибо амплитуда волн убывает вдоль луча; мы употребляем его весьма условно.
2) Представления об "интерференционном члене" в последнее время рассматривались в работе [16], а также [17].
94
КОНФИГУРАЦИЯ ПОЛЕЙ И ДВИЖЕНИЕ ЭНЕРГИИ [ГЛ. 2
полуволны и зависит от скачка фаз на границе (по Борну /лгсб/пш) [18].
Существование стоячих волн у границы диэлектрик - металл не вызывает теоретических сомнений и доказано экспериментально (опыты Друде и Нернста, Айвса, Винера) ; поэтому вряд ли есть основания сомневаться в существовании их и для границы металл - диэлектрик. В первом случае, при xi = 0, они с переносом энергии через границу не связаны, во втором (SIIHTep)z=o#0.
Подобное различие вызвано тем, что на границе в этом случае нет узла (скачок фазы фО, л/2)1); следует также иметь в виду, что между соседними "узлами" (термин условен) есть определенный "перепад энергии"- амплитуда на расстоянии Я/2 заметно меняется. При нормальном падении S"HTep нормален к поверхности раздела, при наклонном - имеется некоторая слагающая вдоль поверхности, подобно тому, как это имеет место при полном внутреннем отражении. Однако здесь энергия циркулирует по некоторым замкнутым2) контурам (между "узлами" и "пучностями", хотя термины эти для наклонного падения не точны).
Если качественная картина здесь достаточно ясна, то количественный расчет служит до сего времени предметом оживленной дискуссии [19-25]; между тем, этот вопрос очень важен для практики (расчет пропускания тонких металлических пленок, испускания горячего металла и т. п.).
В работах [21, 25] были предложены два варианта выражений для общего случая границы двух поглощающих средств; последний из них:
i_^!t=Re(W!)^i) (8п)
II II \vlcosXl/ ?[|А||
Е , Е* , " / vl cos* у Л Е^,Е*{.
1 - = Re(8.12)
Е±Е± lv,cos*ул/ Е,е±
') Из формул § 4 следует, что при Xi = 0 и нормальном падении 2х2
6х = 6ц = 6 и tg S = ----V 2'-
1 -п2 - %2
2) Существование подобной циркуляции впервые, видимо., отмечено М. Борном [18].
поглощающие среды
95
При подстановке Еи вычисленных по формулам Френеля, равенство удовлетворяется; рассчитанные по этим формулам угловые зависимости интенсивности излучения, выходящего из нагретой поглощающей среды (рис. 40), довольно удовлетворительно согласуются с опытом.
Однако последовательного вывода предложенных формул пока не дано. Кроме того, здесь принимается, что фазы Е и Н в падающей и отраженной волнах одинаковы, что вряд ли верно при %=т^0, ибо в неоднородных волнах эти фазы различны.
Таким образом, эти формулы носят приближенный и эвристический характер, вопрос требует дополнительного обсуждения.
В ряде случаев представляет интерес вопрос о балансе энергии при отражении изотропного излу- ""д ю го 30 40 50 ВО 70 во
чения (например, при вы- . g)
пуске излучения черного рис относительные интенсивнотела через ..прозрачное сти излучения 7ц (а) и /х (б), вы-ОКОШКО, расчете светимо- ходящего из кварцевого стекла (пости раскаленных твердых лоса no(tm)o^(fHa-о 36?8 ШМ'
или жидких тел и т. п.). т, ''I- ' ,я... "
" ' Кривая теории по формулам (8,11)-и
ДЛЯ ГраНИЦЫ раздела (8.12), считая излучение внутри кварце-т\*гам^ттлг тпзл/ллст нрплгпптия- вого стекла изотропным, кружки дан-
между двумя непоглоща- ные измерений [25], Г=600° с. ющими средами, как известно (см., например, [010]), справедливо соотношение
Кг (со) _ К2 (ю)
п\ (Ш)
п\ (со)
= F(co,7),
(8.13)
где F(со, Т) -универсальная термодинамическая функция, не зависящая от природы среды; К - "удельная интенсивность излучения в среде", определяемая как
^(")=^r^r,!S,W+S"W}. (8.14)
КОНФИГУРАЦИЯ ПОЛЕЙ И ДВИЖЕНИЕ ЭНЕРГИИ 1ГЛ. 2
Выражение (8.13) можно получить также прямым расчетом по формулам Френеля; это показано в работе [19]. Множители Я;(со) отражают изменение апертур пучков при переходе из одной среды в другую.
Для поглощающих сред вопрос сложнее. По некоторой аналогии с (8.13) М. Лауэ предложил выражение
Однако до сего времени оно служит предметом дискуссий (см., например, [20, 24, 25]); предлагалось также выражение
Для интенсивности излучения, выходящего в направлении, перпендикулярном к поверхности металла, Jх (со, Т), предложено соотношение
где /(со, Т)-аналогичная интенсивность для черного тела; это означает, что различие в излучении, по [25], обусловливается только различием отражающей поверхности раздела.
Однако при получении приведенной формулы не учитывается, что волна, вышедшая из металла в вакуум, остается неоднородной [см. §4, формулы (4.37) и (4.38)], и она требует проверки.
Следует иметь в виду, что определение jF (со, Т) и /((со) основывается на определении энергии поля Э. Для поглощающих сред определить эту энергию как термодинамическую величину и разделить ее на части, ответственные за изменение энергии электромагнитного поля и диссипацию, затруднительно (см., например, [1, 08, 018, 027]); во всяком случае для получения формул типа
