Реферат: Квантовые свойства излучения

РЕФЕРАТ

Квантовые свойства излучения.

В конце XIX века волновая теория природы света, как казалось, окончательно победила ньютоновскую корпускулярную теорию. Электромагнитная природа света точно описывала природу этих световых волн – это электрическое, а, следовательно, и магнитное поле, изменяющееся периодически во времени и распространяющееся в пространстве. Это прекрасно подтверждалось явлениями дифракции и поляризационной интерференции света.

Первое явление, которое не могло быть объяснено на основе волновой теории света – это излучение черного тела и экспериментальные законы теплового излучения. Для разрешения этой проблемы М. Планк сформулировал первую квантово-механическую гипотезу и сначала эмпирически (на основе рассуждений и предположений), а потом и теоретически вывел свою знаменитую формулу (1900 г): E = hν илиE = ħω, где h – постоянная Планка ().

Ну, а теперь остановимся подробнее на явлении теплового излучения, его основных характеристиках и законах.

Тепловое излучение.

Излучение (или испускание) электромагнитных волн веществом происходит из-за внутриатомных (внутримолекулярных) процессов.

Источники энергий, которые могут вызывать излучение и виды возникающего излучения:

- энергия химических реакций (хемилюминесценция);

- энергия газового разряда (электролюминесценция);

- энергия бомбардирующих твердое тело электронов (катодолюминесценция).

Но существует один вид излучения, присущий всем физическим телам.

Тепловое излучение – это электромагнитное излучение, возникающее за счет внутренней (тепловой) энергии излучающего тела и зависящее только от температуры и оптических свойств данного физического тела.

Тепловое излучение возникает при любых температурах (естественно, больших, чем Т=0К), следовательно, испускается всеми телами. В зависимости от температуры тела изменяется интенсивность и спектральный состав излучения. При высокой температуре возникает свечение белого цвета (сплошной спектр). При понижении температуры Т возрастает длина волны излучения λ, т.е. цвет свечения изменяется от желтого к красному и инфракрасному вплоть до полного прекращения видимого свечения: тело испускает только невидимые глазом ИК лучи.

Тепловое излучение – единственный вид излучения, который находится в термодинамическом равновесии с излучающим телом, т.е. является равновесным (тело в единицу времени поглощает столько же энергии, сколько и излучает). Равновесное излучение устанавливается в теплоизолированной (адиабатно замкнутой) системе.

Пример. Излучающее тело в оболочке с идеально отражающей поверхностью.

Излучение испускается телом, отражается оболочкой, затем вновь поглощается и отражается телом и т.д. Энергия, излучаемая телом, компенсируется за счет поглощения им такого же количества энергии падающего на него излучения.

Свойство теплового излучения находиться в термодинамическом равновесии с излучающим телом обусловлено тем, что интенсивность теплового излучения возрастает с увеличением температуры.

Пусть выполняется соотношение энергий, когда Еизл > Eпогл, следовательно, температура тела и его внутренняя энергия будут уменьшаться. Это, в свою очередь, приводит к уменьшению интенсивности теплового излучения до тех пор, пока Еизл не станет равной Eпогл (Еизл = Eпогл) и наоборот.

Таким образом, равновесие системы "тепловое излучение – тело" является устойчивым (т.е. при отклонении в какую либо сторону возникают процессы, возвращающие систему в термодинамическое равновесие).

Характеристики теплового излучения.

Интегральные характеристики.

1. Поток излучения Ф – это средняя мощность излучения за время, значительно большее периода электромагнитных (световых) колебаний, размерность Ф – [Вт].

2. Энергетическая светимость Rλ,T, Rω,T – это поток излучения (энергии), испускаемый единицей поверхности (1 м2) по всем направлениям (т.е. в пределах телесного угла 2π), является функцией температуры Т и длины волны λ или частоты ω излучения. Размерность – [Вт/м2].

Тело излучает электромагнитные волны различных частот ω (или длин волн λ). Выделим интервал частот от ω до ω+dω. Энергия и, следовательно, мощность (поток) излучения в интервале dω будут пропорциональны величине самого интервала dω:

dRω= rωdωиdRλ = rλdλ, причем очевидно, чтоdRω = dRλ.

Тогда полный поток энергии

(интегрирование проводится по всему спектру излучения).

Здесь rω и rλ – дифференциальные характеристики излучения, которые называются спектральная плотность энергетической светимости тела или мощность излучения с единицы поверхности тела в единичном интервале частот. Эти характеристики определяют испускательную способность тела.

Определим связь между rω и rλ. Так какdRω = dRλ, т.е. rωdω = rλdλ, и с учетом того, что

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--