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,Т — 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.
|