- •Оптика и квантовая физика
- •Лекция 7
- •Тепловое излучение
- •Тепловое излучение
- •Характеристики теплового излучения
- •Характеристики теплового излучения
- •Законы теплового излучения
- •Доказательство закона Кирхгофа
- •Следствия из закона Кирхгофа
- •Законы теплового излучения
- •Законы теплового излучения
- •Законы теплового излучения
- •Законы теплового излучения
- •Внешний фотоэффект
- •Законы внешнего фотоэффекта
- •Квантовая теория фотоэффекта
- •Применение фотоэффекта
- •Внутренний и вентильный фотоэффект
- •Внутренний и вентильный фотоэффект
- •Квантово-оптические явления
- •Развитие гипотезы световых квантов
- •Опытные обоснования гипотезы световых квантов
- •Опытные обоснования гипотезы световых квантов
- •Свойства фотонов
- •Эффект Комптона
- •Эффект Комптона
- •Теория эффекта Комптона
- •Давление света
- •Давление света
- •Давление света - опыт П.Н. Лебедева
- •Люминесценция
- •Фотолюминесценция
- •Методы исследования фотолюминесценции
- •Спектр фотолюминесценции
- •Особенности спектра фотолюминесценции
- •Вещества, способные люминесцировать
- •Применение люминесценции
- •Применение люминесценции
- •Люминесценция в нанотехнологиях
Оптика и квантовая физика
для студентов 2 курса ФТФ и ГГФ
Кафедра общей физики
Лекция 7
Квантово-оптические явления
Часть 1
Тепловое излучение
Внешний фотоэффект
Тепловое излучение
Виды излучения:
1.Хемилюминесценция
2.Фотолюминесценция
3.Электролюминесценция
4.Тепловое (температурное) излучение
Тепловое излучение - электромагнитное излучение, возникающее за счет внутренней энергии излучающего тела и зависящее только от температуры и оптических свойств тела.
3
Тепловое излучение
Особенность теплового излучения излучающее тело может находиться в равновесии с окружающим его электромагнитным
полем. ΔUизлуч. + ΔUпогл. = 0
Равновесное излучение - тепловое излучение в состоянии термодинамического равновесия с веществом; в адиабатически замкнутой системе независимо от исходного состояния через некоторое время устанавливается равновесие, а температуры всех тел выравниваются.
4
Характеристики теплового излучения
R = dФ/dS |
- энергетическая светимость или интегральная |
|
испускательная способность, где Ф – поток энергии |
||
|
||
|
или мощность излучения |
r |
|
dФ |
dR |
|
|||
,T |
|
dS d |
d |
|
|
a λ,T = dФ'λ/ dФλ
- испускательная способность или спектральная светимость. Равна мощности, излучаемой с единицы поверхности тела и приходящейся на единицу интервала длин волн вблизи данной λ
- поглощательная способность тела, где dФ'λ – поглощаемый поток;
dФλ – падающий на тело поток энергии.
R dR r ,Td
0 0
5
Характеристики теплового излучения
Тела, которые поглощают все падающее на них излучение, называются абсолютно черными
Модель абсолютно черного тела
a*λ,T = 1
Коэффициент черноты отношение энергетической светимости тела к энергетической светимости АЧТ. Если коэффициент черноты меньше единицы и не зависит от частоты излучения, то тело называют серым. Если коэффициент черноты различен в различных частях спектра, то тело называют селективным или цветным.
6
Законы теплового излучения
Закон Кирхгофа
Отношение испускательной способности тела к его поглощательной способности не зависит от физической природы тела и является
универсальной функцией λ и Т: |
r ,T |
f ( ,T) |
|
|
a ,T |
|
|
|
Для абсолютно черного тела |
||
a*λ,T = 1 |
f(λ, T) = r*λ,T |
r ,T r* a ,T ,T
7
Доказательство закона Кирхгофа
Т/д равновесие с температурой Т
Плотность энергии равновесного теплового излучения не зависит от физической природы тела и определяется только его Т.
ΔS - абсолютно черное тело
Энергия, которую участок ΔS излучает за единицу времени и получает от остальной оболочки в спектральном интервале dλ:
Абсолютно черное тело |
dФизл = dФпогл = r*λ,T ∙ dλ ∙ ∆S |
|
– замкнутая оболочка с |
|
|
температурой Т |
ΔS - не абсолютно черное тело |
|
|
||
dФизл = rλ,T ∙ dλ ∙ ∆S |
rλ,T ∙ dλ ∙ ∆S = а λ,T ∙ r*λ,T ∙ dλ ∙ ∆S |
dФпогл = а λ,T ∙ r*λ,T ∙ dλ ∙ ∆S
rλ,T / а λ,T = r*λ,T
8
Следствия из закона Кирхгофа
1.rλ,T и аλ,T не независимы: чем больше аλ,T, тем больше rλ,T;
|
r |
a |
,T |
r* |
* |
2. |
,T |
|
,T |
r ,T r ,T |
|
|
|
|
|
для всех нечерных тел aλ,T < 1
то есть абсолютно черное тело является наиболее интенсивным тепловым излучателем среди всех тел, имеющих одинаковую с ним температуру.
3. Если аλ,T = 0, то и rλ,T = 0, т.е. если тело не поглощает электромагнитные волны какой-либо λ, то оно их и не излучает.
Видео
9
Законы теплового излучения
10