- •1.Интерференция света. Оптическая длина пути. Условия мин и мах при сложении 2 когерентных волн.
- •2.Расчет интерференционной картины от двух поперечных волн
- •3. Интерференция в тонких пластинках и пленках
- •4. Применение интерференции света
- •9. Дисперсия и разрешающая сила решетки
- •10 Дифракция рентгеновских лучей
- •11. Голография, ее применение
- •12 Естественный и поляризованный свет
- •14 Двойное лучепреломление. Одноосные кристаллы
- •15 Вращение плоскости поляризации
- •16 Поглощение света. Закон Бутера
- •13 Поляризация при отражении и преломлении света.
- •17 Дисперсия света Связь дисперсии с поглощением
- •18 Электронная теория дисперсии
- •19 Тепловое излучение. Энергетическая светимость, лучеиспускательная и поглощательная способность. Абсолютно черное тело
- •20 Закон Кирхгофа для теплового излучения
- •21 Квантовая гипотеза и формула Планка
- •22 Закон Стефана-Больцмана
- •23 Закон смещения Вина
- •24 Внешний фотоэффект
- •25 Масса и импульс фотона
- •26 Давление света
- •27 Эффект Комптона
- •28 Опыты Резерфорда по рассеиванию α-частиц
- •29 Постулаты Бора. Атом водорода и его спектр по теории Бора
- •30 Стационарное уравнение Шредингера для атома водорода
- •31 Понятие об энергетических уровнях и спектрах молекул
- •32 Поглощение, вынужденное и спонтанное излучение
- •33 Лазеры и их применение в строительстве
- •34 Состав и некоторые характеристики атомного ядра
- •35 Масса и энергия связи ядра. Удельная энергия связи
- •36 Радиоактивность. Закон радиоактивного распада
- •37 Цепная ядерная реакция, ее применение
- •38 Термоядерная реакция
19 Тепловое излучение. Энергетическая светимость, лучеиспускательная и поглощательная способность. Абсолютно черное тело
Любое тело с температурой, отличной от 0 К испускает излучение, которое называется тепловым. Тепловая энергия переносится от одного тела к другому благодаря испусканию и поглощению электромагнитных волн.
Пусть на тело падает световой поток Ф0. Часть потока отразится (Фотр), часть – поглотится телом (Фпогл) и часть – будет пропущена телом (Фпроп). По закону сохранения энергии
Ф0. = Фотр + Фпогл + Фпогл,
,
т.е. 1 =
,
где
–
коэффициент отражения (отражательная
способность тела);
–
коэффициент
поглощения (поглощательная способность);
–
коэффициент
пропускания (пропускательная способность).
Для
непрозрачных твердых тел τ =
0, т.е.
.
Все коэффициенты зависят от длины волны
излучения и температуры тела, поэтому
их обозначают:
,
,
.
Зависимость коэффициентов от длины
волны обуславливают окраску тела.
1. Если = 0, = 1 – это абсолютно белое тело.
2. Если = 1, = 0 – это абсолютно черное тело (АЧТ).
3. Если < 1, то такое тело называется серым.
Свечение
тел, обусловленное их нагреванием,
называется тепловым излучением. Тепловое
излучение – единственный вид излучения,
при котором в равновесии находятся
излучающее тело и тепловое излучение.
Энергетической светимостью или полной
энергией излучения (RЭ)
называется поток энергии, испускаемый
единицей поверхности тела по всем
направлениям во всем интервале частот
от 0 до
.
Поток энергии, испускаемый единицей
поверхности тела в малом интервале
частот от
до
:
.
Величина
называется излучательной способностью
тела, которая является функцией частоты
и температуры.
Тогда энергетическая светимость:
;
Вт/м2.
Излучательную способность
можно выразить через длину волны,
тогда:
.
20 Закон Кирхгофа для теплового излучения
Пусть
есть замкнутая оболочка при Т
= const.
Внутри находятся три тела,
температуры которых Т1≠
Т2
≠Т3
≠Т; причем тела могут обмениваться
энергией между собой и оболочкой лишь
путем испускания и поглащения электромагнитных
волн. С течением времени температура
всех тел станет равной Т.
Поскольку
температура (а значит и энергия) тел не
изменяется, но излучение происходит,
то тело, испускающее больше энергии
(
)
должно и больше поглощать, т.е. обладать
большей
.
Отсюда вытекает закон Кирхгофа:
отношение излучательной способности
(
)
кпоглащательной способности
не зависит от природы тела и является
для всех тел одной и той же (универсальной)
функцией частоты и температуры.
где
–
универсальная функция Кирхгофа.
Для
абсолютно черного тела
,
значит
,
т.е. функция Кирхгофа
есть испускателная способность
АЧТ. Функцию Кирхгофа также можно
выразить через длину волны
.
21 Квантовая гипотеза и формула Планка
Чтобы
устранить противоречие с опытом Планк
выдвинул гипотезу, что электромагнитное
излучение (свет) испускается атомными
осцилляторами не непрерывно, а в виде
отдельных порций энергии ε (квантов),
величина которых пропорциональна
частоте
,
где
Дж·с
– постоянная Планка;
Дж·с.
Значит, полная энергия излучения дискретна, т.е. квантована:
,
где n
= 1,2,3…
В
данном случае среднюю энергию
осциллятора
нельзя
принимать равной kT.
В предположении, что распределение
осцилляторов по возможным дискретным
состояниям подчиняется распределению
Больцмана, средняя энергия осциллятора
.
С учетом этого Планк получил вид функции
Кирхгофа, точно соответствующий
эксперименту:
Формула Планка во всем диапазоне частот и температур дает описание равновесного теплового излучения АЧТ.
Следствие:
при малых частотах, когда
<<
1, экспоненту можно представить:
,
тогда формула Планка:
,
т.е. переходит в формулу Рэлея-Джинса.
