§ 4. Единицы и физические константы

В принципе желательно было бы взять какую-либо °Дну систему единиц и всегда ею пользоваться. Однако следовать такому методу в описании выбранного нами предмета затруднительно, поскольку мы должны использовать как атомные единицы, так и технические. Сомнительно, например, чтобы выбранную систему МКС было целесообразно использовать для измерения объема рубиновых кристаллов в кубических метрах. Мы будем предпочитать систему СГС для атомных и лабораторных измерений, что соответствует системе единиц в работах, на которые мы ссылаемся. В спектроскопии обычно имеют место некоторые отклонения от системы СГС. Так, длину волны видимого излучения более принято выражать в ангстремах (10^-8 см), тогда как в инфракрасной области обычно выражают длину волны в микронах (10^-4 см). Никто не измеряет энергии атомных уровней в эргах или джоулях. Они выражены и затабулированы либо в электроновольтах (1,602*10^-12 эрг), либо в обратных сантиметрах. Происхождение единицы обратного сантиметра следует из соотношения hv = Е₂ - Е₁, которое может быть записано как

(4.1)

Величина E/hc имеет размерность обратной длины. Обычно обратные сантиметры обозначают энергию, хотя более точно они должны обозначать волновое число. Таблицы энергетических уровней в обратных сантиметрах позволяют нам прямым вычитанием двух затабулированных значений получать обратную длину волны (в вакууме), соответствующую переходу между этими уровнями. Один электроновольт эквивалентен 8066 обратным сантиметрам. Если энергия уровня Е выражена в обратных сантиметрах и необходимо найти энергию, требуемую для перевода грамматома вещества из основного состояния в это состояние, то величина Е должна быть умножена на Nhc, где N = 6,02*10²³ - число Авогадро и hc = 1,986*10^-16 эрг*см. Численные значения длин волн, частот, волновых чисел и энергий квантов приведены в таблице.

Дополнительные таблицы, содержащие соответствующие длины волн лазеров, приведены в конце книги.

В настоящей книге часто используются следующие постоянные:

Иногда желательно связывать плотность потока излучения и запасенную плотность энергии излучения с амплитудами электрических и магнитных полей. Эти поля принято измерять в практических единицах (МКС). Мгновенная мощность, проходящая через единицу поверхности, в единицах рационализированной системы МКС выражается как W = E×H. Плотность потока излучения W есть результат усреднения по времени величины W. Для плоской волны, распространяющейся в среде с диэлектрической проницаемостью ε и магнитной проницаемостью μ, имеем

(4.2)

Следовательно, рассматриваемые величины связаны соотношением

(4.3)

где Е - амплитуда электрического поля.

Величины ε₀ и μ₀ относятся к вакууму (или воздуху). Известно, что Для плотности потока в 1 ^Мвт/_см² получим значение амплитуды электрического поля в вакууме 2,74*10⁶ в/м. Плотность запасенной энергии есть u = ¹/₂εE²; следовательно,

(4.4)

Для немагнитного вещества где η - показатель преломления, следовательно,

(4.5)

где ε₀ = 8,85*10^-12 ф/м. Например, для рубина, который имеет показатель преломления 1,76, плотность энергии в 0,01 ^дж/_см³ соответствует значению амплитуды электрического поля 2,70*10⁷ в/м. Заметим, что эти расчеты не зависят от частоты.