Квантовая оптика

• Тепловое (температурное) излучение – э/м излучение, испускаемое веществом и возникающее за счет его внутренней энергии. Оно зависит только от температуры и оптических свойств тела. Единственное излучение, которое может находиться в термодинамическом равновесии с веществом. Расход энергии тела на излучение компенсируется за счет поглощения телом такого же количества энергии падающего на него излучения.

Характеристики:

1) – поток излучения (мощность). W_e – энергия, t – время излучения. [Ф_е] = 1 Вт.

2) – энергетическая светимость (излучательность).

S – площадь излучающей поверхности. [M_e] = 1 Вт/м².

3) – спектральная плотность энергетической светимости. [M_e] = 1 Вт/(м²м); [M_e] = 1 Вт/(м²с^-1); .

4) - коэффициент поглощения, Ф - поток, падающий на тело, Ф^/ - поток, поглощенный телом.

• Т ело называется абсолютно черным, если оно поглощает все падающее на него излучение. Коэффициент поглощения  для него равен 1 ( = 1); для белого тела  = 0, для серых тел – 0 < < 1.

• законы теплового излучения.

1) Закон Кирхгофа: Отношение спектральной плотности энергетической светимости к спектральной поглощательной способности не зависит от природы тела; оно является для всех тел универсальной функцией длины волны (частоты) и температуры; это спектральная плотность энергетической светимости абсолютно черного тела.

2) закон Стефана – Больцмана: ,

M_e^о = T⁴

где  – энергетическая светимость абсолютно черного тела,  = 5,67×10^-8 Вт/(м²×К⁴) - постоянная  Стефана - Больцмана, Т - абсолютная температура.

3 ) закон смещения Вина , где b = 2,9×10^-3 м×К - постоянная Вина.

- формула Рэлея и Джинса, где k = 1,38×10^-23 Дж/К- постоянная Больцмана.

• Квантовая гипотеза Планка - свет излучается определенными порциями – квантами- энергия которых

, с = 3×10⁸ м/с, h = 6,62×10^-34 Дж×с, ,  - частота,  = 2,  – длина волны света. ; – формула Планка.

Ф отоэффект – испускание электронов веществом под действием э/м излучения

Фотоэффект будет наблюдаться, если   _о или   _о или W_ф  А

• Фотоны. Свет – это частицы, которые называют фотонами. Фотоны всегда движутся со скоростью света в вакууме с = 3×10⁸ м/с . Их масса равна нулю.

- энергия фотона, - импульс фотона,  = с/ – длина волны,  – частота фотона.

• Давление света.

где - облученность поверхности (энергия всех фотонов, падающих на единицу поверхности в единицу времени),  - коэффициент отражения;  = 1 для зеркальной поверхности и  = 0 для абсолютно черной, w - объемная плотность энергии излучения, N - количество фотонов, i - угол падения.

• Эффект Комптона

– комптоновское смещение. – длина волны Комптона.

Для электрона _с = 2,43×10^-12 м, m = 9,1×10^-31 кг .

– закон сохранения импульса

– закон сохранения энергии.

– кинетическая энергия электрона отдачи

Теория Бора

Первый постулат Бора (постулат стационарных орбит)

,

г де m_е = 9,110^-31 кг – масса электрона, v_n – скорость электрона на орбите радиусом r_n,  = 1,0510^-34 Джс– постоянная Дирака. , h = 6,6210^-34 Джс – постоянная Планка.

Второй постулат Бора (правило частот)

,

где W_n и W_m – соответственно энергии стационарных состояний атома до и после излучения (поглощения).