Квантовая оптика 02 2018 Испускание телом энергии

Квантовая оптика 02. 2018

Испускание телом энергии называется излучением Тепловое излучение - это электромагнитное излучение, испускаемое веществом и возникающее за счет изменения его внутренней энергии. Излучения, возбуждаемые за счет любого вида энергии, кроме внутренней, называются люминесценцией. Примеры: - хемилюминесценция – свечение за счет энергии, высвобождающейся при химических реакциях (фосфор); - электролюминесценция – свечение, возникающее в газах и твердых телах под действием электрического поля; - катодолюминесценция – свечение твердых тел, вызванное бомбардировкой их электронами; - фотолюминесценция – свечение, возбуждаемое при поглощении телом электромагнитного излучения. 02. 2018

Излучение нагретых тел называется тепловым излучением. Тепловое излучение происходит при любых температурах. Тепловое излучение - единственный тип излучения, который может находиться в термодинамическом равновесии с телом. Для равновесного излучения расход энергии тела на излучение компенсируется за счет поглощения телом равного количества тепловой энергии. Т (температура) - характеристика 02. 2018 излучения

Характеристики теплового излучения 1. Rт - энергетическая светимость тела, или интегральная излучательная способность тела. Rт = d. E/d. Sdt 02. 2018 - величина числено равная энергии в интервале длин волн 0. . . , излучаемой при данной температуре с единицы поверхности тела за единицу времени

2. r , Т - спектральная излучательная способность тела d. R RT в интервале d - величина, числено равная отношению энергии, излучаемой единицей поверхности тела в единицу времени в узком интервале длин волн d к величине этого интервала 02. 2018

3. a , T - поглощательная способность тела - безразмерная величина, показывающая какая доля энергии, падающей на тело в интервале длин волн d (d. Wпад), поглощается телом a = 0 - белое тело a = const < 1 - cерое тело a 1 - чёрное тело , T , T 02. 2018 T

Абсолютно черным называется тело, полностью поглощающее сообщенную ему энергию: a , T 1 Модель абсолютно черного тела 02. 2018

Закон Кирхгофа Кирхгоф (1859). Существует связь между излучательной r , T и поглощательной a , T cпособностями любого непрозрачного тела. ( , T) - универсальная характеристика равновесного теплового поля, называемая функцией Кирхгофа 02. 2018

Т Т 1 Т 3 Т 2 r , Т, 1 r , Т, 2 r , Т, 3 а , Т, 1 а , Т, 2 а , Т, 3 При тепловом равновесии отношение излучательной способности к поглощательной способности для любого тела равно излучательной способности абсолютно черного тела при тех же значениях температуры и длины волны 02. 2018

Законы абсолютно чёрного тела 1. Закон Стефана-Больцмана. Стефан (1879), Больцман (1884) = 5, 67 10 -8 Вт/м 2 К 4 - постоянная Стефана-Больцмана; Т - температура абсолютно черного тела. k - коэффициент черноты k<1 02. 2018 Зависит от: материала, поверхности, температуры

2. Спектр излучения абсолютно черного тела. Ланглей С. (1886) 1) сплошной; 2) имеет максимум; 3) асимметричный; T 3 T 2 T 1 02. 2018 m 3 m 1 Изобразить спектр в координатах Ф=f( )

3) I закон (смещения) Вина (1893) b = 2, 9. 10 -3 м. К - постоянная Вина Длина волны m, соответствующая максимуму излучательной способности абсолютно черного тела, обратно пропорциональна величине температуры тела. Изменение цвета нагретых тел с изменением температуры 4) II закон Вина (1893) (r , Т )max = CТ 5 C = 1, 29. 10 -5 Дж/(м 2 с К 5) - постоянная Вина 02. 2018

Ультрафиолетовая катастрофа Рэлей и Джинс (английские физики): исходя из теоремы классической статистики о равнораспределении энергии по степеням свободы попытались определить спектральную плотность энергии равновесного излучения тела. Рэлей Д. (1900), Джинс Д. (1905) теор эксп 02. 2018

Гипотеза Планка =h h= 6, 62 10 -34 Дж. с - постоянная Планка, - частота колебаний эксп 02. 2018

Теоретически вывод этой формулы М. Планк изложил 14 декабря 1900 г. на заседании Немецкого физического общества. Этот день стал датой рождения квантовой физики. 02. 2018

Фотоэффект Внешний фотоэффект - явление испускания электронов металлом под действием света. + - + + + - + - v металл 02. 2018 Герц Г. - 1887 г. - + - - - + v - v полупроводник, диэлектрик

Опыты Столетова А. Г. (1888 -1890) 3 > 1 > 2 Ф 1> Ф 2> Ф 3 Ф 1 Ф 2 Ф 3 02. 2018 3 1 2 Вольт-амперные характеристики фототока

Законы А. Г. Столетова для фотоэффекта (1888) 1. Iнас = k. Ф Фототок насыщения пропорционален мощности падающего излучения. 2. Для каждого металла существует красная граница фотоэффекта, т. е. мин= * (или макс) падающего света, при которой еще возможен фотоэффект. 3. Vмакс = f( ) Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов, вылетающих из металла, зависит от частоты падающего света и не зависит от его мощности. 02. 2018

Квантовая теория фотоэффекта (А. Эйнштейн - 1905) Э/м энергия - испускается - распространяется - квантами - поглощается (фотонами) max Энерг ия фотон а 02. 2018 Работа выхода электрон а -уравнение А. Эйнштейна Кинетичес кая энергия электрона

max -уравнение А. Эйнштейна объясняет законы Столетова 1. Iнас ~Ф n - квантов n -электронов 2. мин= * 3. * 02. 2018 * 1 2 max

Кванты - фотоны Излучение излучение. Поглощение – тепловое – фотоэффект. Фотон – квант электромагнитного излучения имеет характерные параметры вещества: массу m и импульс p=mv. ф = m фc 2 02. 2018 1) масса покоя m 0=02) скорость фотона v = c

Двойственная природа света (корпускулярно-волновой дуализм) Фотон Волна Интерференци Тепловое излучение. я. Фотоэффект. Поляризация. Дифракция. m, p, с, . = h Т = h - мало, - велико 02. 2018 = h - велико, - мало