Сделай Сам Свою Работу на 5

Квантовая природа излучения





Квантовая оптика — раздел оптики, занимающийся изучением явлений, в которых проявляются квантовые свойства света.

Виды оптических излучений.

Колебания электрических зарядов, входящих в состав вещества, обусловливают электромагнитное излучение, которое сопровождается потерей энергии веществом.

При рассеянии и отражении света формирование вторичных световыхволн и продолжительность излучения веществом происходит за время, сравнимое с периодом световых колебаний.

Если излучение продолжается в течение времени, значительно превышающемпериод световых колебаний, то возможны два типа излучения: 1) тепловое излучение и 2) люминесценция.

Равновесным состоянием системы тело-излучение является состояние, при котором распределение энергии между телом и излучением остается неизменным для каждой длины волны. Единственным видом излучения, которое может находиться в равновесии с излучающим телом, является тепловое излучение — свечение тел, обусловленное нагреванием.

Люминесценцией называется неравновесное излучение, избыточное приданной температуре над тепловым излучением тела и имеющее длительность, большую периода световых колебаний.



Тепловое излучение и его характеристики.

Тепловое излучение совершается за счет энергии теплового движения атомов и молекул вещества (внутренней энергии) и свойственно всем телам при температурах выше ОК. Тепловое излучение равновесно— тело в единицу времени поглощает столько же энергии, сколько и излучает.

Количественной характеристикой теплового излучения служит

спектральная плотность энергетической светимости (испускательная способность) тела

Rv — мощность излучения с единицы площади поверхности тела в интер­вале частот единичной ширины. ( — энергия электромагнитного излу­чения, испускаемого за 1с (мощность излучения) с площади 1м2 поверхности тела в интервале частот от v до v + dv). Её единица — джоуль на метр в квадрате. Испускательную способность можно представить в виде функции

длины волны: т.к. , то .

Интегральная по v энергетическая светимость:

Способность тел поглощать падающее на них излуче­ние характеризуется спектральной поглощательной способностью Av,T, показывающей, какая доля

энергии приносимой за единицу времени на единицуплощади тела падаю­щими на нее электромагнитными волнами с частотами от v до v + dv, поглощается телом.



Абсолютно черное тело.

Тело, способное поглощать при любой температуре вгё падающее на него излучение любой частоты называется абсолютно черным телом. Спектральная поглощательная способность черного тела для всех частот и температур тождественно равнаединице: . Абсолютно черных тел в природе нет, однако такие тела, как сажа и черный бархат в определенном интервале частот близки к ним. Идеальной моделью черного тепа является замкнутая полость с небольшим отверстием О, внутренняя поверхность которой зачернена. Луч, попавший внутрь такой полости, полностью поглощается.

Наряду с понятием черного тела используют понятие серого тела — тела, поглощательная способность которого меньше единицы, но одинакова для всех частот изависит только от температуры, материала и состояния поверхности тела:

 


Закон Кирхгофа.

Закон Кирхгофа определяет соотношение между испускательной и поглощательной способностями тел.

Отношение испускательной и поглощательной способностей тела не зависит от природы тела и является универсальной для всех тел функцией частоты и температуры rv,T

 

Для черного тела , поэтому универсальная функция Кирх­гофа rv,T есть спектральная плотность энергетической светимости (испускательная способность) черного тела. Нахождение явной зависимости rv,T от частоты и температуры является важной задачей теории теплового излучения.



Закон Стефана-Больцмана.

Энергетическая светимость серого тела (интегральная по v):

энергетическая светимость черного тела, которая зависит только от температуры. Эту зависимость описывает экспериментальный закон Стефана-Больцмана:энергетическая светимость черного тела пропорциональна четвертой степени термодинамической температуры:

Re = σ T4 (следовательно ),

где σ = 5,67·10-8Вт/(м2К4) — постоянная Стефана-Больцмана.

Закон смещения Вина.

Закон Стефана-Больцмана ничего не говорит о спектральном составе излучения черного тела. Положение максимума в спектре его излучения описывается экспериментальным законом смещения Вина:

Длина волны λmах, при которой излучательная способностьrλ,Т черного тела максимальна, обратно пропорциональна его термодинамической температуре:

,

где b = 2,9·10-3м·К — постоянная Вина.

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.