Основные законы теплового излучения

Связь между излучением абсолютно чёрного тела и его температурой определяется следующими законами:

1. Закон Стефана Больцмана определяет связь между энергетической светимостью абсолютно чёрного тела и его температурой. Записывается он так:

2. Закон Планка даёт количественную характеристику лучистого потока. То есть как распределяется энергия излучения абсолютно чёрного тела (ачт) по длинам волн. И записывается так:

3. Закон Голицына Вина позволяет определить длину волны излучения абсолютно чёрного тела соответствующей максимуму кривой. Записывается:

Фундаментальные законы излучения позволяют использовать оптические методы для бесконтактного измерения температуры абсолютно чёрного тела, а при известном коэффициенте излучения и для измерения температуры любого реального тела.

Законы распространения излучения

Свет распространяется в среде со скоростью v=c/n (Где n – показатель преломления или оптическая плотность среды), поскольку показатель преломления воздуха близок к единицы, то скорость света в атмосфере (n=1,0003) практически равна скорости света в вакууме (n=3). Постоянство скорости света в вакууме используется для измерения расстояний. При измерениях больших расстояний измеряется время необходимое для прохождения светом расстояния до объекта и обратно. Малые расстояния сравниваются с длиной световой волны посредством интерференционных методов. Поглощение света в веществе описывается законом Бугера-Ламберта:

Показатель поглощения (мю с индексом лямбда) зависит от длины волны. Изменение интенсивности света в зависимости от толщины слоя, а так же селективность поглощения и рассеяния лежат в основе действия ряда оптических преобразователей предназначенных для определения толщины уровня концентрации структуры и химического состава вещества.

Отражение и преломление света имеет место на границы раздела двух сред и это можно изобразить так:

Между углами падения, преломления и отражения существует простая связь:

Измеряя углы падения и преломления можно определить коэффициенты преломления веществ и занимается этим отдел оптики, называется рефлектометрия. Интенсивность отражённого света позволяет оценить состояние поверхности.

Основные свойства оптического излучения

Оптическое излучение складывается из элементарных актов излучения атомами и молекулами из которых состоит источник. То есть отдельных порций – цугов(порция) – электромагнитных волн. Согласованность колебаний отдельных цугов характеризует монохромотичность, когерентность и поляризованность излучения. Монохромотичным называется излучение для которого электрический вектор колеблется с одной и той же частотой или все колебания имеют одну и ту же длину волны. Наиболее близко к идеально монохромотическому излучению подходят лазерные излучения. Когерентными называются колебания разность фаз между которыми постоянна. Когерентность существует временная и пространственная. Временная когерентность определяется длительностью цуга электромагнитных волн.

13.09.12

Когерентность излучения однозначно связана с монохроматичностью и характеризуется временем когерентности(дельта t) или длительностью когерентности (L), которые связаны отношением:

Поляризованность света характеризуется способностью электрического вектора Е сохранять неизменной свою ориентацию в пространстве, если направление колебаний бессистемно и следовательно любая его ориентация в плоскости перпендикулярной к направлению распространению волны равно вероятно, то такой свет называется неполяризованным или естественными. Если колебания вектора Е фиксированы строго в одной плоскости, то свет называется линейно поляризованным. Свет большинства источников является естественным или частично поляризованным. Примером поляризованного света служит лазерное излучение.

Интерференция . Проблемой оптических измерений является измерение разности фаз между колебаниями вектора Е, частота которых лежит в диапазоне 10¹⁴-10¹⁵ Герц(Гц). В настоящее время никакой детектор света не успевает откликаться на такие быстрые колебания. И поэтому эталоном сравнения колебаний может служить только сама волна света, то есть интерференционная картина, возникающая при сложении в одной точки пространства двух световых волн.

Действительно пусть в одну точку пространства в одном направлении приходят две монохроматические волны, колебания которых лежат в одной плоскости и периоды волн одинаковы:

Интенсивность результирующего излучения будет равна:

Из этого выражения видно, что результирующее излучение имеет чётко выраженные максимумы и минимумы, то есть интенсивность изменяется в зависимости от разности фаз между колебаниями от: