一个运动电荷产生电场,运动的电荷会产生电场吗

首页 > 经验 > 作者:YD1662024-02-24 11:34:17

从I的表达式可以明显看出,不同半径r处的总能流是一样的,即能量可向外流动到无穷远处,这也与先前推导出来的辐射场表达式相互印证,它确实是电荷向无穷远处辐射能量的电磁场。由能量守恒还可以知道,辐射出的电磁波的能量来自于入射电磁波,辐射频率也与入射频率相当。也就是说,入射的电磁波被电荷系统散射了。

另外,还可以清楚地看出当入射电磁波的角频率ω接近电荷系统的固有角频率ω0时,电荷系统辐射的电磁波强度急剧上升,也意味着入射电磁波被严重散射,这就是共振效应。

蓝天红日白云朵,光的散射现象多

利用上面推导出的散射公式还可以初步解释天空为什么是蓝色的,以及日出和夕阳为什么是红色的。张朝阳解释道,对于空气中的主要分子,例如氮气和氧气分子,其电子振荡的固有角频率ω0远大于可见光的角频率ω,因此前述公式可进一步化简为:

一个运动电荷产生电场,运动的电荷会产生电场吗(13)

这说明在大气中,可见光的散射强度与其频率的四次方成正比,那么频率高的蓝光被散射的程度远远大于频率低的红光。因此,从太阳射出来的蓝光被散射之后方向会明显改变,飞向四面八方。人们看向天空时,虽然没有直接对着太阳看,但受到散射的蓝光可以偏离原来的光束方向到达人们的眼睛,这样天空看起来就是蓝色的。

但是日出和夕阳时,由于太阳光需要经过更多的大气才能射入人的眼睛,此时蓝光已被严重散射飞往其它地方了,主要剩下没有被严重散射的红光穿过厚厚的大气到达人所在的位置,这时太阳及其附近的天空看起来就是红色。当然,以上只是物理方面的部分原因,对于具体细节,实际中还需要考虑人眼本身对不同颜色的光的感应特性。

一个运动电荷产生电场,运动的电荷会产生电场吗(14)

(张朝阳解释云为何是白色的)

他还进一步解释了云为什么是白色的。地球上的水蒸发形成水蒸气,一旦水蒸气体过饱和,就会以空气中的微尘为凝结核液化成小水滴或凝华成小冰晶,这些小颗粒漂浮在空中形成了云。在空气中,分子之间的距离非常大,它们之间也没有固定的位置,所以它们的散射光强只是所有分子的单独叠加,即总散射光强只是单个分子的N倍。

然而在云朵中,小颗粒分子之间的距离远远小于光的波长,当光打到这些分子时,相邻分子的电子将一起运动,辐射出的光的电场强度就是它们的叠加,例如N个分子同相位振动,那么电场强度就是单个分子的N倍,对应的散射光强度为N^2倍。可见云朵中颗粒的散射强度要比空气中分子的散射强得多,且由于红光的波长较长,那么它相对于蓝光能让更多的分子做同相位的振动,所以在云朵中红光受到的散射相比于蓝光明显增强了。这样虽然单个分子对蓝光的散射更强,但总体看来,云对蓝光和红光的散射强度是差不多的,这就给出了云呈现白色的解释。

从以上分析可见,实际最终的散射效果,是与散射粒子的尺寸密切相关的。对于空气而言,分子小而稀疏,主要为瑞利散射;对于云朵而言,小水滴的直径已与光的波长接近,适合用米氏散射。对于实际中各种形态的复杂的体系,还需要考虑几何光学、衍射与干涉、非线性效应等更多的因素。

持续打造知识直播平台 搜狐视频吸引诸多科普播主入驻

截至目前,《张朝阳的物理课》已直播三十多期。张朝阳1986年从清华大学物理系毕业,并于同年考取李政道奖学金赴美留学。1993年底在美国麻省理工学院(MIT)获得博士学位,并继续在MIT从事博士后研究,1996年回国创业。

这也是阔别物理20多年后,张朝阳重拾物理。从去年11月开启第一节物理直播课,他先是从经典物理学开始,科普了牛顿运动定律与能量动量守恒原理等;而后从经典物理的“两朵乌云”说起,向近现代物理过渡,探讨了由黑体辐射研究引出的维恩、瑞利-金斯、斯特潘、普朗克等系列公式。

此后的物理课程逐步进入量子力学领域,从基础的薛定谔方程、算符对易关系等理论内容,到无限深势阱、氢原子波函数,再到谐振子量子化、气体定容比热的温度阶梯等更加具体实用的案例。内容丰富、覆盖广泛,理论公式由浅入深、繁简交融。

从之前的物理直播课可以看出,《张朝阳的物理课》的直播风格独树一帜:注重推导,通过一步一步详尽的数学计算,推导出相关的物理公式,把每个公式从头到尾拆解得十分清晰。正如张朝阳所说,“在好奇心的驱使下,了解自然界的奥秘、了解我们在这个世界生存的道理”。而了解道理最好的方法就是明白道理是怎么得来的,这也是《张朝阳的物理课》始终坚持用扎实的公式推导来讲授物理课程的原因。

该课程于每周周五、周日12时在搜狐视频直播。同时,网友可以在搜狐视频“关注流”中搜索“张朝阳”,观看往期完整视频回放。

除了《张朝阳的物理课》外,在直播方面,搜狐视频正持续打造知识直播平台,陆续邀请各领域的头部播主入驻,进行科普知识直播。包括北京交通大学理学院教师陈征博士的“奇趣的科学实验”;康奈尔大学物理化学博士包坤,化身“包大人玩科学”,教普通人看懂2021年诺贝尔奖;还有天体物理博士刘博洋科普“日全食是怎么产生的”;理论物理博士周思益也开通“弦论世界”直播课等。未来还将有更多知识播主入驻搜狐视频,一起互动玩转科学。

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