Номер 1, страница 136, часть 1 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

1. Объясните, почему электромагнитные волны хорошо отражаются от поверхности металлов, а от поверхности диэлектриков отражаются слабо?

1. Решение

Различие в отражающих свойствах металлов и диэлектриков по отношению к электромагнитным волнам обусловлено фундаментальным различием в их внутреннем строении, а именно в наличии или отсутствии свободных носителей заряда.

Металлы. В металлах существует большое количество свободных электронов, не связанных с конкретными атомами. Когда электромагнитная волна падает на поверхность металла, ее переменное электрическое поле $\text{E}$ заставляет эти свободные электроны совершать вынужденные колебания с частотой волны. Движущиеся с ускорением заряды, в свою очередь, сами становятся источниками вторичных электромагнитных волн. Вторичные волны, идущие от поверхности наружу, интерферируют друг с другом и создают отраженную волну. Из-за высокой концентрации свободных электронов и их большой подвижности этот процесс переизлучения очень эффективен. Энергия падающей волны почти полностью переходит в энергию отраженной волны. Внутрь металла волна практически не проникает. В результате металлы хорошо отражают электромагнитные волны, что объясняет их характерный блеск.

Диэлектрики. В диэлектриках, в отличие от металлов, практически нет свободных электронов. Все электроны прочно связаны с атомами или молекулами вещества. Под действием электрического поля падающей волны они не могут свободно перемещаться по всему объему. Они лишь незначительно смещаются относительно своих положений равновесия, что приводит к поляризации атомов. Эти поляризованные атомы, совершая вынужденные колебания, также излучают вторичные волны. Однако, поскольку смещение связанных электронов очень мало, амплитуда их колебаний и, следовательно, интенсивность излучаемых ими вторичных волн, оказывается значительно слабее, чем в случае свободных электронов в металлах. В результате лишь малая часть энергии падающей волны отражается от поверхности диэлектрика. Основная же часть энергии либо проходит сквозь диэлектрик (если он прозрачен для данной частоты), либо поглощается в нем.

Ответ: Электромагнитные волны хорошо отражаются от поверхности металлов из-за наличия в них большого количества свободных электронов, которые под действием поля волны приходят в колебательное движение и эффективно переизлучают энергию в виде отраженной волны. В диэлектриках свободных электронов нет, а связанные электроны в атомах могут лишь незначительно смещаться, создавая слабое вторичное излучение, поэтому диэлектрики отражают электромагнитные волны слабо.