- •Квантовая оптика
- •Предисловие
- •1. Основные формулы и пояснения к ним
- •Тепловое излучение
- •Фотоэлектрический эффект
- •Давление света
- •Эффект Комптона
- •2. Примеры решения задач
- •2.1. Тепловые излучения.
- •2.2. Фотоэффект
- •2.3. Давление света
- •2.4. Эффект комптона
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Тепловое излучение
- •Фотоэффект
- •Давление света
- •Эффект Комптона
- •Справочный материал
- •Библиографический список
- •Содержание
- •Примеры решения задач………………………….7
- •Задачи для самостоятельного решения..33
- •Квантовая оптика
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
ГОУВПО
«Воронежский государственный технический университет»
Кафедра общей физики
Квантовая оптика
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
по физике
для студентов всех специальностей
факультета автоматизации и роботизации машиностроения
и авиационного факультета
очной формы обучения
Воронеж 2011
Составители: канд.физ.-мат. наук Н.В. Агапитова, ст. преп. П.И. Деркачёва, канд. физ.-мат. наук В.С. Железный
УДК 681.3; 53
Квантовая оптика: методические указания по физике для студентов всех специальностей факультета автоматизации и роботизации машиностроения и авиационного факультета очной формы обучения / ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет»; сост. Н.В. Агапитова, П.И. Деркачёва, В.С.Железный. Воронеж, 2011. 44 с.
В методических указаниях рассмотрены основные теоретические положения по квантовой оптике, приведены решения ряда задач с подробными пояснениями и задачи для самостоятельного решения.
Методические указания предназначены для студентов ФАРМ и АФ очной формы обучения.
Методические указания подготовлены в электронном виде в текстовом редакторе MS Word 2003 и содержатся в файле Мет.указ. Квант. оптика.doc.
Ил. 3. Библиогр.: 6 назв.
Рецензент д-р физ.-мат. наук, проф. А.В. Бугаков
Ответственный за выпуск зав. кафедрой
профессор В.С. Железный
Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета
©ГОУВПО «Воронежский государственный
технический университет», 2011
Предисловие
Методические указания представляют собой теоретические и практические материалы по разделу курса общей физики «Квантовая оптика».
Содержание методических указаний составляют разработки тем практических занятий по квантовой оптике: «Тепловое излучение», «Фотоэффект», «Давление света», «Эффект Комптона».
Глубокое усвоение этого материала студентами необходимо для осознанного перехода от изучения классической физики к квантовой физике, играющей важную роль в формировании у студентов современных материалистических взглядов на физическую карту мира.
Решение задач является важным этапом в процессе обучения студентов. Часто встречается ситуация, когда студент, зная теорию, не умеет её применять на практике. Решение задач требует не только знания физических законов, но и серьёзного методического подхода.
Наличие предлагаемых методических материалов по данной тематике позволит студенту в процессе индивидуальной работы справиться с решением необходимого минимума задач, предусмотренного рабочей программой по физике. Методические указания содержат основные теоретические сведения, используемые в процессе решения задач, примеры решения типовых задач с подробными пояснениями и набор задач с ответами для самостоятельного решения, подобранных в соответствии с приведёнными примерами, для закрепления полученных навыков.
1. Основные формулы и пояснения к ним
Тепловое излучение
Тепловое излучение – это испускание телами электромагнитных волн за счёт убыли их внутренней (тепловой) энергии.
Тепловое излучение является единственным видом излучения, которое может находиться в равновесии с излучающими телами. Нарушение равновесия в системе «тело – излучение» вызывает возникновение процессов, восстанавливающих равновесие.
Энергетическая светимость
Энергетическая светимость, или излучательная способность абсолютно чёрного тела, RT – поток энергии, испускаемый единицей поверхности излучающего тела по всем направлениям (в пределах телесного угла 2 ) при данной температуре Т.
где ΔW – энергия, излучаемая с поверхности, - поток энергии, S – площадь излучающей поверхности.
,
где rλ,T – спектральная плотность энергетической светимости.
Закон Стефана – Больцмана
,
где RT – энергетическая светимость абсолютно черного тела; T – термодинамическая температура; - постоянная Стефана – Больцмана. [ = 5,67 ∙ 10-8 Вт/(м2∙К4)].
Энергетическая светимость «серого» тела.
,
где аТ – поглощательная способность серого тела (коэффициент черноты серого тела).
Законы Вина
λ
λ Т
Рис. 1
Зависимость спектральной плотности энергетической светимости от длины волны.
1. Закон смещения или первый закон Вина.
,
где - длина волны, на которую приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела. - постоянная закона смещения Вина ( = 2,90 ∙ 10-3 м∙К).
2. Второй закон Вина.
Максимальное значение спектральной плотности энергетической светимости ( )max абсолютно черного тела (Рис. 1) прямо пропорционально пятой степени термодинамической температуры:
( )max = b2 ∙ T5,
где b2 = 1 ∙ 10-5 Вт/(м3 ∙ К5).
Формула Планка
= ,
где - спектральная плотность энергетической светимости абсолютно черного тела; λ – длина волны; с – скорость света, к – постоянная Больцмана.