5. Ефект Вавілова-Черенкова

В 1934 р. П.О.Черенков , який працював під керівництвом С.І.Вавілова, відкрив ефект , який полягає у випромінюванні світла рідиною , на яку діють γ-промені радію. Вавілов висловив думку, що джерелом випромінювання слугують швидкі електрони , які виникають під дією γ-променя .

Згідно електромагнітної теорії заряд, який рухається рівномірно, не випромінює електромагнітних хвиль. Однак, Тамм і Франк довели, що це справджується лише в тому випадку, якщо швидкість υ зарядженої частинки не перевищує фазову швидкість c/n електромагнітних хвиль в тому середовищі , якому рухається частинка. При умові, що υ> c/n, навіть якщо вона рухається рівномірно , частинка випромінює електромагнітні хвилі. В дійсності частинка втрачає енергію на випромінювання, в наслідок чого рухається з від’ємним прискоренням. Але це прискорення не є причиною, а є наслідком випромінювання. Якщо б втрата енергії за рахунок випромінювання відновлювалась якимось чином, то частинка, яка рухається рівномірно зі швидкістю υ> c/n , все одно б була джерелом випромінювання.

Ефект Вавілова-Черенкова спостерігався для електронів, протонів і мезонів при русі їх в рідких і твердих середовищах.

В таких випромінюваннях більше хвиль з короткою довжиною хвилі, тому спостерігається блакитний відтінок. Найбільша особливість цих випромінювань виявляється в тому, що воно проходить не у всіх напрямках, а лише в напрямках твірних конуса, вісь якого співпадає з напрямком швидкості частинки. Кут ϑ між напрямком розповсюдження випромінювань та вектором швидкості частинки визначається співвідношенням :

Відеоматеріали з Ефектом Вавілова-Черенкова:

1. https://www.youtube.com/watch?v=3xvJzzL1DQg

2. https://www.youtube.com/watch?v=mgNwtepP-6M

3. https://www.youtube.com/watch?v=CfhJf6PfIbQ

Контрольні питання

1. Явище дисперсії світла. Нормальна та аномальна дисперсія.

2. Дисперсія світла у речовині.

3. Елементарної теорії дисперсії.

4. Навести та охарактеризувати диференційне рівняння вимушених коливань електрона.

5. Поглинання світла. Закон Бугера.

6. Лінійчатий спектр поглинання.

7. Зв'язок між коефіцієнтом поглинання та заломлення.

8. Розсіювання світла.

9. Закон Релея.

10. Ефект Вавілова-Черенкова.

Література:

1. Навчальний посібник для студентів вищих технічних і педагогічних закладів освіти / Кучерук І. М., Горбачук І. Т.; за ред. Кучерука І. М. - К.: Техніка, 1999.Том 3: Оптика. Квантова фізика. - 520 с

2. Курс общей физики. Т.2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика. Савельев И.В. 2-е изд., перераб. - М.: Наука, Гл. ред. физ-мат. лит., 1982.— 496с.

3. Общий курс физики. В 5 т. Том IV. Оптика.   Сивухин Д.В.3-е изд., стереот. — М.: Физматлит, 2005. - 792 с.

Частина 2. Квантова оптика

Лекція 1

тема: "Теплове випромінювання"

Рекомендований до перегляду відеоматеріал перед ознайомленням з лекційним матеріалом:

Теплове випромінювання:

1. http://www.youtube.com/watch?v=DKHvG3kvHVc

2. http://www.youtube.com/watch?v=bCzFMEXH8f4

Питання лекції :

1. Теплове випромінювання

2. Визначення поглинальної здатності

3. Закон Кірхгова

4. Закон Стефана-Больцмана

5. Закон зміщення Віна

6. Поняття рівноважного випромінювання

7. Формула Релея-Джинса

8. Формула Планка

1. Теплове випромінювання

Тепловим випромінюванням називають випромінювання електромагнітних хвиль за рахунок внутрішньої енергії тіл. Приклади випромінювачів: сонце, електро- і теплонагрівачі тощо.

Усяке випромінювання світла (електромагнітних хвиль видимого діапазону) або електромагнітних хвиль невидимого діапазону. відбувається внаслідок переходу атомів, молекул, інших атомних та ядерних систем зі стану з більшою енергією у стан з меншою енергією. Теплове випромінювання відрізняється від інших видів тільки способом переведення системи, що випромінює, у збуджений стан. Так, у явищах теплового випромінювання перехід системи у збуджений стан відбувається за рахунок теплового руху атомів і молекул. Усі інші види випромінювання крім теплового випромінювання називається люмінесценція (з латини luminis - світло, -escent- суфікс, що означає слабку дію).

Люмінесценцію класифікують за типом збудження:

• фотолюмінесценція - збудження світлом;

• радіолюмінесценція - збудження катодними променями (потік електронів) і рентгенівськими променями (жорстке електромагнітне випромінювання), приклад: випромінювання екрану телевізора;

• електролюмінесценція - збудження струмом (газовий розряд); триболюмінесценція - збудження механічним способом, наприклад - тертя;

• хемілюмінесценція - реакції окислення надають енергію для збудження (випромінювання фосфору, тощо). Приклади з природних явищ: північне і південне сяйво, випромінювання гнилого дерева, мінералів, комах тощо.

Усяке тіло стає видимим або коли воно розсіює падаюче на нього світло, або коли випромінює саме. У тих випадках, коли потоки енергії ідуть від тіл внаслідок їх теплового випромінювання, для опису і аналізу останнього можна залучати закони теплового випромінювання.

Визначення енергетичної світності (випромінюваності),

позначення -R,одиниця випромінювання —

Випромінюваність (R) - це потік променистої енергії, що випромінюється одиницею поверхні тіла (1м²) в межах тілесного кута 4П , тобто у всіх напрямах. R - функція температури Т: R=R(T); діапазон теплового випромінювання по довжинах хвиль λ або частотах ɷ - від нуля до нескінченності: 0 < λ <∞; 0<ɷ <∞. Визначення спектральної густини випромінювання (те саме - випромінювальна здатність), позначення

(також ) або (також ), одиниця вимірювання:

,

- це потік променистої енергії з одиниці поверхні тіла, що випромінюється в інтервалі частот ɷ, ɷ +d ɷ віднесений до величини інтервалу d ɷ:

(2.1.1)

є функцією частоти ɷ і температури Т.

= ( ɷ, Т)=

Якщо випромінювання характеризувати довжиною хвилі λ, то вводиться випромінювальна здатність :

(2.1.2)

Усякому спектральному інтервалу ɷ, ɷ +d ɷ відповідає інтервал λ , λ+d λ . Через зв’язок між λ і ɷ можна встановити зв’язок між d λ і d ɷ.

(2.1.3)

доля випромінюваності , що припадає на інтервал λ, λ+d λ дорівнює долі випромінюваності відповідного інтервалу ɷ, ɷ +d ɷ:

= або згідно з (2.1.1) і (2.1.2)

(2.1.4)

або згідно з (2.1.3)

(2.1.5)

Енергетична світність є інтегральною випромінювальною здатністю:

(2.1.6)

або

(2.1.7)