Кон­т­роль­ные во­п­ро­сы

1. Что такое дисперсия света? Дисперсия вещества?

2. Дайте определение нормальной и аномальной дисперсии.

3. Какова физическая причина зависимости показателя преломления от длины волны по теории Лоренца?

4. Если электромагнитная волна падает на вещество, то какие силы действуют на оптические электроны и какой вид движения совершают эти электроны?

5. Нарисуйте кривую зависимости показателя преломления вещества от частоты света и объясните качественно её ход.

6. Почему области аномальной дисперсии являются и областями поглощения?

Используемая ли­те­ра­ту­ра

[1] §§ 33.4, 33.5;

[2] § 26.2;

[3] § 3.44;

[5] § 102;

[7] §§ 185, 186.

Лабораторная работа 3-06

Определение постоянной Стефана-Больцмана

Цель работы: ознакомление с законами теплового излучения, измерение постоянной Стефана-Больцмана.

Теоретическое введение

По­ток све­то­вой энер­гии, па­да­ю­щий на по­верх­ность не­про­зра­ч­но­го те­ла, ча­с­ти­ч­но вхо­дит внутрь те­ла и по­гло­ща­ет­ся. По­гло­щен­ная те­лом энер­гия пре­об­ра­зу­ет­ся в дру­гие фор­мы энер­гии, ча­ще все­го в энер­гию те­п­ло­во­го дви­же­ния. По­э­то­му те­ла, по­гло­ща­ю­щие лу­чи, на­гре­ва­ют­ся. Те­ло, на­гре­тое до тем­пе­ра­ту­ры боль­шей, чем тем­пе­ра­ту­ра ок­ру­жа­ю­щей сре­ды, от­да­ет в ви­де из­лу­че­ния элек­т­ро­маг­нит­ных волн раз­ли­ч­ных длин те­п­ло­ту (не­пре­рыв­ный спектр). Вся­кое из­лу­че­ние со­про­во­ж­да­ет­ся по­те­рей энер­гии и про­ис­хо­дит ли­бо за счет вну­т­рен­ней энер­гии, ли­бо за счет по­лу­че­ния энер­гии из­вне.

Излучение тела, обусловленное тепловым движением молекул, на­зы­ва­ет­ся те­п­ло­вым, так как происходит за счёт энергии теплового движения молекул. Любое тело с температурой Т≠0, излучает, причём спектр излучения – сплошной. Если уменьшение энергии тела при излучении восполняется за счёт поглощения излучения, падающего на тело, то излучение называется равновесным.

Те­п­ло­вое из­лу­че­ние тел мо­жет быть оха­ра­к­те­ри­зо­ва­но д­ву­мя ос­нов­ны­ми ве­ли­чи­на­ми:

1. Ин­те­граль­ная ин­тен­сив­но­сть из­лу­че­ния, численно равна энергии всех длин волн, излучаемой в единицу времени с единичной площади поверхности тела:

. (6.1)

Эту величину называют также полной энергетической светимостью. Она зависит от абсолютной температуры тела.

2. Монохроматическая (диффе­рен­ци­аль­ная) ин­тен­сив­но­сть излу­че­ния (спектральная плотность энергетической светимости) численно равна энер­гии, излучаемой в единицу времени с единичной площади поверхности тела в единичном интервале длин волн:

(6.2)

или частот:

. (6.2а)

Монохроматическая интенсивность излучения является функцией длины волны и температуры (6.2) или частоты и температуры (6.2а). Из определения вытекает связь между интегральной и мо­но­хро­ма­ти­че­с­кой ин­тен­сив­но­стя­ми излучения:

(6.3)

Из всей падающей на тело энергии dW_{падающ.} мо­но­хро­ма­ти­че­с­ко­го све­та в интервале длин волн [ d] часть энергии dW_{поглощ.} поглощается телом.

3. Величина , по­ка­зы­ва­ю­щая, ка­кую до­лю энергии па­да­ю­ще­го из­лу­че­ния в ин­тер­ва­ле длин волн [  d] тело поглощает, на­зы­ва­ет­ся спектральной поглощательной способностью те­ла. Тело называется абсолютно чёрным (АЧТ), если поглощает всё излучение, падающее на него: для абсолютно черного тела .

В при­ро­де не су­ще­ст­ву­ет абсолютно чёрных тел. Те­ла, по­кры­тые са­жей или пла­ти­но­вой чер­нью, при­бли­жа­ют­ся по сво­им свой­ст­вам к аб­со­лют­но чер­ным лишь в ог­ра­ни­чен­ном ин­тер­ва­ле длин волн.

Наиболее совершенной моделью черного тела может служить небольшое отверстие в непрозрачной стенке замкнутой полости (рис.6.1). Луч света, попадающий внутрь через отверстие, претерпевает многократные отражения от стенок полости, прежде чем он выйдет обратно. При каждом отражении происходит частичное поглощение энергии света стенками. Поэтому независимо от материала стенок интенсивность света, выходящего из полости через отверстие, во много раз меньше интенсивности падающего извне первичного излучения. Эта модель тем ближе по характеристикам к чёрному телу, чем больше отношение площади поверхности полости к площади отверстия.