6.5.5. Эффект Вавилова – Черенкова (Излучение Черенкова-Вавилова)

Согласно электромагнитной теории электрический заряд, движущийся без ускорения, не излучает электромагнитных волн. Но это справедливо лишь в том случае, если скорость заряженной частицы не превышает фазовую скорость электромагнитных волн в среде, в которой движется частица.

Излучение Черенкова – Вавилова возникает при равномерном движении заряда в среде со скоростью, превышающей фазовую скорость света в этой среде (здесь – диэлектрическая проницаемость среды). Представляет собой электромагнитное излучение, испускаемое движущейся частицей. Характерной особенностью излучения Черенкова – Вавилова является то, что оно испускается не по всем направлениям, а лишь вдоль образующих конуса, ось которого совпадает с направлением движения частицы. Угол между направлением распространения излучения и вектором скорости частицы определяется соотношением:

. (6.39.7 )

Излучение Черенкова-Вавилова используется для определения энергии заряженных частиц в счетчиках Черенкова.

Контрольные вопросы для самоподготовки студентов:

1. Какие вещества называют оптически активными?

2. Вращение плоскости поляризации.

3. Магнитное вращение плоскости поляризации.

4. Что называется дисперсией света? Какова ее природа?

5. Поглощение света.

6. Рассеяние света.

7. Излучение Черенкова – Вавилова.

Литературные источники:

1. Трофимова, Т.И. Курс физики: учеб. пособие для вузов / Т.И. Трофимова. – М.: ACADEMIA, 2008.

2. Савельев, И.В. Курс общей физики: учеб. пособие для втузов: в 3-х томах / И.В.Савельев. – СПб.: Спец. лит., 2005.

Лекция 40

6.6. Тепловое излучение, его характеристики и законы

Излучательность тела (энергетическая светимость), спектральная плотность излучательности (испускательная способность), спектральная поглощательная способность (поглощательная способность). Абсолютно черное тело. Закон Кирхгофа. Законы Стефана – Больцмана и смещения Вина. Распределение энергии в спектре абсолютно черного тела. Формула Релея-Джинса и «ультрафиолетовая катастрофа». Квантовая гипотеза и формула Планка. Оптическая пирометрия.

1. Виды излучения

Электромагнитное излучение всех длин волн обусловлено колебаниями электрических зарядов, входящих в состав вещества, т.е. электронов и ионов. При этом колебания ионов соответствуют излучению низкой частоты (инфракрасному), т.к. масса ионов велика по сравнению с массой электрона. Колебания электронов, удерживающихся около положения равновесия атомами и молекулами, вызывают излучение высокой частоты (видимый и ультрафиолетовый свет). В металлах свободные электроны принадлежат всему кристаллу, здесь нельзя говорить о колебаниях около положения равновесия. Торможение свободных электронов вызывает излучение в виде импульсов, в которых могут присутствовать различные длины волн.

На излучение излучающее тело расходует энергию. В зависимости от источников энергии различают следующие виды излучения.

Хемилюминесценция – излучение происходит за счет энергии, выделяющейся при химических превращениях. При этом изменяется химический состав вещества (гниющее дерево, окисляющийся фосфор).

Электролюминесценция – свечение газов и паров под действием проходящего через них электрического разряда, могущего иметь различные формы (тлеющий разряд, электрическая дуга, искра и т.д.). энергия для излучения сообщается атомам и молекулам за счет бомбардировки электронами, разгоняющимися электрическим полем разряда (огни рекламы – свечение неона, аргона).

Катодолюминесценция – свечение твердых тел, вызванное бомбардировкой электронами, ускоренными разностью потенциалов электрического поля (свечение экрана осциллографа).

Фотолюминесценция – излучение тела, вызванное освещением его от внешнего источника (непрерывным или предварительным). При этом тело излучает волны с длиной волны λ₂, которая больше, чем длина волны внешнего источника λ₁ (лампы дневного света).

Тепловое излучение – свечение тел, обусловленное их нагреванием. Тепловое излучение совершается за счет энергии теплового движения атомов и молекул вещества и свойственно всем телам при любой температуре выше

0 К, однако при низких температурах излучаются лишь длинные (инфракрасные) волны. Тепловое излучение характеризуется сплошным спектром.

Тепловое излучение является единственным видом излучения, способным находиться в равновесии с окружающими телами. Эта особенность объясняется тем, что интенсивность теплового излучения зависит от температуры.

Поместим излучающее тело в полость, ограниченную идеальной отражающей теплоизолирующей оболочкой. В таких условиях система тело – излучение потерь энергии испытывать не будет. Между телом и излучением, заполнившем полость, будет происходить непрерывный обмен энергией, в результате которого постепенно установится равновесие между телом и излучением, т.е. тело в единицу времени будет столько же излучать энергии, сколько и поглощать. Если распределение энергии между телом и излучением остается неизменным для каждой длины волны, состояние системы тело – излучение называется равновесным. Предположим, что по какой-либо причине равновесие в системе нарушится и тело станет больше (меньше) излучать, чем поглощать. В этом случае температура тела начнет понижаться (повышаться), будет уменьшаться (увеличиваться) количество энергии, излучаемой телом в единицу времени, до тех пор, пока равновесие не установится.

К равновесным системам применимы законы термодинамики, поэтому тепловое излучение подчиняется общим закономерностям, вытекающим из принципов термодинамики.