10. Дифракция света. Дифракция света на щели

Пусть на бесконечную длинную щель падает плоская световая волна. Дифракционная картина наблюдается на экране, расположенном в фокальной плоскости собирающей линзы, установленной за щелью (на рис. 1.24 линза не изображена). В соответствии с принципом Гюйгенса–Френеля освещенную щель можно рассматривать как множество точечных когерентных источников волн. Благодаря линзе в точке Р экрана собирается параллельный пучок лучей, отклонившийся на угол φ (рис. 1.24).

Разность хода  = |AC| крайних лучей из этого пучка находим из треугольника ABC, а именно,

где а = |AB| –ширина щели. Если при наблюдении из точки Р в щели помещается четное число зон Френеля, то их вклады взаимно погасятся и в точке Р будет наблюдаться минимум интенсивности света. Таким образом, уравнение

Есть условие дифракционных минимумов, в котором угол направлен на минимум с номером k.

Рассуждая аналогично, приходим к условию дифракционных максимумов

Отметим, что в направлении = 0 щель действует как одна зона Френеля, и в этом направлении свет распространяется с наибольшей интенсивностью, т. е. в центре наблюдается центральный дифракционный максимум.

11) Поляризация света. Естественный и поляризованный свет. Частично поляризованный свет. Степень поляризации света.

12) Поляризатор и анализатор. Закон Малюса

13) Поляризация света при отражении и преломлении. Угол Брюстера

14. Тепловое излучение. Абсолютно черное тело. Закон Кирхгофа для теплового излучения.

Все тела, имеющие температуру выше 0 К, излучаются. Это излучение называется тепловым. Тепловое излучение – самое распространенное в природе, которое совершается благодаря энергии теплового движения ато- мов и молекул вещества. Спектр теплового излучения сплошной. Положение максимума этого спектра зависит от температуры: с возрастанием темпера- туры он сдвигается в коротковолновую (ультрафиолетовую) сторону.

Тепловое излучение – единственный вид излучения, которое явля- ется равновесным. Действительно, пусть нагретое (излучающее) тело поме- щено в полость с идеально отражающей поверхностью. Через некоторый про- межуток времени в результате непрерывного обмена энергией между телом и излучением внутри полости наступит равновесие: тело в единицу времени будет поглощать столько же энергии, сколько и излучать, и его температу- ра приобретет постоянное значение.

Количественными характеристиками теплового излучения являются следующие величины.

Испускательная способность тела – мощность излучения с единицы площади его поверхности в интервале частот единичной длины:

c

и связь между испускательными способностями, зависящими соответственно от переменных ν и λ, можно записать следующим образом:

^rl,T

⁼ _l2 ^rn,T ^.

Энергетическая светимость тела (интегральная испускательная спо- собность) – мощность излучения с единицы площади поверхности тела на всех частотах (или длинах волн). Ее получают интегрированием испускатель- ной способности:

¥ ¥

R_T = _ò r_n,T dn= _ò r_l,T dl.

0 0

Мощность излучения R_T зависит от температуры тела Т и измеряется в ваттах на метр в квадрате (Вт/м²).

Поглощательная способность тела означает, какая доля энергии элек- тромагнитных волн, падающих на его поверхность в интервале частот от n до n + Δn, поглощается этим телом:

^an,T

_DEпогл п

DЕ

₌ n,n+Dn _.

n,n+Dn

Поглощательная способность – величина безразмерная, меньше или равная единице.

Величины r_n,T и a_n,T зависят от природы тела, его термодинамической температуры T и частоты излучения n.

Абсолютно черное тело – тело, полностью поглощающее все падаю- щее на него излучение любой частоты независимо от его температуры. Сле- довательно, поглощательная способность черного тела для всех частот и тем- ператур тождественно равна единице:

a

ч

n,T

º 1.

Абсолютно черных тел в природе не существует. Однако сажа, плати- новая чернь и черный бархат по свойствам близки к абсолютно черному телу. Идеальной моделью абсолютно черного тела является небольшое от- верстие в замкнутой полости, внутренняя поверхность которой зачернена. Луч света, проникая через отверстие внутрь такой полости, многократно от- ражается от стенок, в результате чего интенсивность вышедшего из отверстия излучения оказывается практически равной нулю. Опыт показывает, что если размер отверстия меньше 0,1 диаметра полости, падающее излучение полно стью поглощается. Поэтому в светлое время суток окна домов со стороны улицы кажутся черными, хотя в комнатах достаточно светло.

Закон Кирхгофа устанавливает количественную связь между испуска- тельной и поглощательной способностью тел и формулируется следующим образом: отношение испускательной способности тела к его поглощательной способности не зависит от природы тела и является для всех тел универсаль- ной функцией частоты (длины волны) и температуры:

^rn,T

^an,T

= f_n,T .

Для абсолютно черного тела поглощательная способность равна еди- нице, поэтому из закона Кирхгофа следует, что универсальная функция Кирхгофа f_n,T есть испускательная способность абсолютно черного тела:

r

=

ч

n,T

^fn,T ^.

Таким образом, для всех тел отношение испускательной способности к поглощательной равно испускательной способности абсолютно черного тела. Следует отметить, что испускательная способность r_n,T любого тела все-

гда меньше той же способности абсолютно черного тела

ч

r

n,T

, так как погло-

щательная способность тел a_n,T < 1, и поэтому согласно закону Кирхгофа

Кроме того, если в некотором интервале частот от n до n + dn тело не поглощает электромагнитного излучения, то в этом же интервале частот оно его и не излучает, поскольку при a_n,T = 0 должно выполняться равенство

r_n,T = 0.