Взаимодействие электромагнитного излучения с веществом, страница 2

(3.15)

При отсутствии других факторов, влияющих на интенсивность излучения (пока что мы можем игнорировать рассеяние и эмиссию, но еще обсудим эти явления в п. 3.4), абсорбционная длина дает возможность ориентировочно оценить расстояние, которое излучение может пройти сквозь среду, прежде чем его интенсивность существенно уменьшится. Например, после прохождения двукратной абсорбционной длины интенсивность уменьшается в е*е раз, т. е. на 14 % по сравнению с ее исходным значением. После прохождения пятикратной абсорбционной длины интенсивность составит лишь 0,7 % исходного значения и т. д. Рис. 3.1 демонстрирует зависимость абсорбционной длины от частоты для различных материалов.

3.1.2. Диэлектрические постоянные и коэффициенты преломления реальных материалов

Диэлектрические постоянные материалов, как правило, зависят от частоты, и эти зависимости могут быть довольно сложного вида. Однако на ограниченном диапазоне частот достаточно хорошие результаты можно получить с помощью простых физических моделей. Хотя в предыдущих рассуждениях мы использовали угловую частоту______, при рассмотрении ряда вопросов чаще применяют частоту f, а для оптического и инфракрасного излучения — длину волны в свободном пространстве _____. Это именно та длина волны, которую имело бы электромагнитное излучение той же частоты, если бы распространялось в свободном пространстве. В соответствии с соотношениями (2.4) и (2.6) имеем:

(3.16)

Длина волны излучения, распространяющегося в среде, равна

(3.17)

3.1.2.1. Газы

Благодаря тому, что газы несильно поглощают проходящее излучение, их диэлектрические постоянные можно выразить достаточно точно простым уравнением:

 (3.18) где ______ показатель концентрации молекул газа (т. е. числа молекул в единице объема), a _______ показатель поляризуемости молекул. Поскольку для газов член ____________ существенно меньше 1, достаточно хорошим приближением для показателя преломления будет:

(3.19)

Величина _________ имеет размерность объема, и ее реальное значение близко к физическому объему молекул. В табл. 3.1 представлены типичные значения этой величины для различных газов при прохождении светового (_______ = 589 мкм) и радиоизлучений (1 МГц).

Таблица 3.1. Значения  ________ для различных газов при световой и радиочастотах

Примечание: 1) значения даны в единицах _______ м3;

2) α – показатель молекулярной поляризуемости.

3.1.2.2. Твердые и жидкие вещества — электрические изоляторы

Простые неполярные материалы характеризуются постоянным (возможно комплексным) значением _______, а для простых полярных материалов применяются уравнения Дебая (3.20), описывающие явление резонанса с постоянной времени _____ (временем релаксации):

(3.20.1)

 (3.20.2)

В этих уравнениях ______ означает диэлектрическую постоянную на «бесконечной» частоте (практически на частоте, существенно большей, чем________), а ________ дает добавку, обусловленную полярностью материала. Например, для чистой воды в соответствии с уравнениями Дебая характеристики практически неизменны при частотах от 1 МГц до 1000 ГГц и составляют (при 20 °С):__________________________. Соответствующие изменения величин ________ и ________ показаны на рис. 3.2.

3.1.2.3. Металлы