ГЛОБАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ В ОПТИКЕ

Полный текст - http://osh9.narod.ru/gl/opt/po.htm 

 § 40. Поглощение и излучение электромагнитной энергии атомами

   Весь накопленный к настоящему времени богатый экспериментальный материал со всей определенностью показывает, что процессы поглощения и излучения электромагнитной энергии атомами было бы ошибочно рассматривать, как только элементарные акты поглощения и излучения некоторых гипотетических квантов энергии или фотонов. Это связано с тем обстоятельством, что способов подвода энергии к атомам, а также механизмов освобождения энергии из атомов существует большое множество. Вопросы, рассмотренные в данном разделе, можно отнести не только к атомам, но также и к молекулам или другим более сложным атомным системам.

   Ранее нами были приведены необходимые условия существования стационарных орбит в планетарном атоме, т.е. те условия, при которых имеется запрет на излучение электромагнитных волн атомами, находящимися в основном состоянии. Теперь мы рассмотрим электромагнитные механизмы, с помощью которых атомы могут либо поглотить энергию, либо освободиться от избытка полной энергии над основным состоянием.

 § 41. Поглощение энергии

    Начнем с механизмов, управляющих переходами атомов в возбужденные состояния. Одним из простейших способов передачи энергии атомам является обычное столкновение частиц. Два одинаковых атома, находящиеся в основном состоянии и имеющие некоторую ненулевую скорость сближения, при взаимном столкновении могут преобразовать кинетическую энергию атомов (в основном ядер) в потенциальную энергию возбуждения электронных оболочек. Такие столкновения атомов называются неупругими. При этом электроны переходят на орбиты, более удаленные от ядра, чем это было в основном состоянии. Вместе с потенциальной энергией увеличивается и полная энергия атомов. Таким способом, например, возбуждаются атомы кристаллической решетки твердого тела при тепловых колебаниях решетки или атомы газа, а также жидкости, нагретые до некоторой температуры  Т.

   Перевести атомы в возбужденное состояние можно посредством воздействия на них любыми быстрыми частицами, взаимодействующими с электронами оболочек. Подобные методы возбуждения атомов называются безызлучательными процессами, поскольку осуществляются через непосредственное взаимодействие кулоновских и магнитных полей сталкивающихся частиц.

   Таким образом, мы видим, что способ подвода энергии к атому может быть практически произвольным и не имеет принципиального значения. Существенным является лишь преодоление некоторого энергетического порога возбуждения атома, ниже которого атом не способен перейти в возбужденное состояние в силу дискретного характера его энергетических уровней в стационарном состоянии.

   Особое место в данных процессах можно отвести возбуждению атомов посредством облучения их электромагнитными волнами, поскольку данное явление длительное время с классической точки зрения оставалось малоизученным и не понятым.

   Хорошо известно, что в кристаллофосфорах свет может поглощаться одними активными центрами – центрами поглощения, а излучаться другими активными центрами – центрами свечения. Таким образом, в веществах существует перераспределение электромагнитной энергии между атомами. Миграция энергии в кристаллической решетке особенно активно происходит между однотипными центрами (явление концентрационного тушения). Исходя из этого, можно заключить, что поглощение света происходит резонансно одновременно очень многими атомами вещества. Затем эта поглощенная энергия, перераспределяясь, мигрирует по веществу и концентрируется в отдельных атомах, в которых происходят переходы в возбужденные состояния с последующим излучением.

   Таким путем снимается противоречие между непрерывным взаимодействием света со всеми электронами вещества и дискретными процессами, происходящими в отдельных избранных атомах, что внешне напоминает явление обмена энергией с гипотетическими частицами, именуемыми фотонами.

   При отсутствии центров поглощения или диссипации энергии, тем не менее, взаимодействие света с веществом остается весьма существенным и проявляется в отражении, преломлении и рассеянии света.

   Таким образом, электромагнитные волны воздействуют на каждый электрон вещества, однако результат воздействия будет заметным, если частота движения электронов в веществе будет близка к частоте падающего излучения. Такое взаимодействие происходит по обычным законам классической электродинамики и хорошо описывается теорией Максвелла-Лоренца [1-9].

   Учитывая те обстоятельства, что способ возбуждения атомов не имеет принципиального значения, что процесс возбуждения атомов с помощью электромагнитных волн носит резонансный характер, а также зависит от ориентации электрического вектора волны E   по отношению к кристаллическим осям твердых тел, можно сделать предположение, что передача электромагнитной энергии электронам атомов в веществе происходит примерно так же, как это имеет место при акустическом возбуждении молекул или кристаллов, то есть по обычным классическим законам.