5.6. Квантовая природа излучения

5.6.1. ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ И ЕГО ОПИСАНИЕ

Тепловое (температурное) излучение

______________________________________________________________________________

Свечение тел, обусловленное нагреванием.

Тепловое излучение равновесно. Если нагретые (излучающие) тела по- местить в полость, ограниченную идеально отражающей оболочкой, то через некоторое время (в результате непрерывного обмена энергией между телами и излучением, заполняющим полость) наступит равновесие, т. е. каждое тело в единицу времени будет поглощать столько же энер- гии, сколько и излучать.

Основные характеристики теплового излучения

______________________________________________________________________

Спектральная плотность энергетической светимости

_______________________________________________________________________________

Энергия, излучаемая с единицы площади поверхности

тела в единицу времени в интервале частот единичной

ширины.

Спектральная поглощательная способность

_____________________________________________________________________________

Показывает, какая доля энергии, приносимой за единицу времени на единицу площади поверхности тела па­дающими на нее электромагнитными волнами с частотами отV до V + dV, поглощается телом.

Связь между R _{V, T} и R _{λ , T}

_______________________________________________________________________________

(знак минус указывает, что λ уменьшается с возрастанием v).

Энергетическая светимость тела

_______________________________________________________________________________

С уммирование производится по всем частотам (длинам волн).

5.96 Модель черного тела______________________________________________________

Идеальная модель черного тела — замкнутая по­лость с небольшим отверстиемО, внутренняя по­верхность которой зачернена. Луч света, попавший внутрь такой полости, испытывает многократные от­ражения от стенок, в результате чего интенсивность вышедшего излучения оказывается практически равной нулю. Черное тело — идеализированная модель. Таких тел в природе нет, но, например, сажа, платиновая чернь, чер­ный бархат в определенном интервале частот по своим свойствам близки к черным телам.

5.97 Закон Кирхгофа____________________________________________

Формулировка закона Кирхгофа

Отношение спектральной плотности энергетической светимости к спектральной поглощательной способности не зависит от природы тела; оно является для всех тел универсальной функцией частоты (длины волны) и температуры.

— универсальная функция Кирхгофа (спектральная плотность энергетиче­ской светимости черного тела)]

Объяснение свечения накаленных тел по закону Кирхгофа

Темные места разрисованного фарфора (рисунока) при накаливании излучают сильнее (рисунок б). Согласно закону Кирхгофа, тело, сильнее поглоща­ющее, сильнее и излучает, если сравнение происхо­дит при одинаковой температуре (отдельные части фарфора нагреты до одинаковой температуры).

5.98 Энергетическая светимость тел__________________________________

Энергетическая светимость тела_________________________________________________

Использовали закон Кирхгофа 5.97.

Энергетическая светимость серого тела__________________________________________

Учли, что для серого тела 5.95.

Энергетическая светимость черного тела_________________________________________

R^e зависит только от температуры.

!'

1 ;

Экспериментальные кривые зависимости г_{у т} от частоты V и г_{х т} от длины волны X

Экспериментальные кривые подтверждают выводы зако­на смещения Вина: проис­ходит смещение максимума по мере возрастания температуры в область ко­ротких длин волн (или сме­щение максимума в об­ласть больших частот).

[<ε> = kT — средняя энергия осциллятора с собственной частотой ν, h - посто­янная Планка; Т — термодинамическая температура; с — скорость распростра­нения света в вакууме]

Кванты электромагнитного излучения. Фотоны движутся со скоростью света, они не существуют в состоянии покоя, их масса покоя равна нулю.

Основные характеристики фотонов______________________________________________

энергия Эти формулы связывают корпускулярные характеристики фотона—энергию, импульс — с волновой характеристикой излучения — частотой (длиной волны). Таким образом, свет представляет собой единство противоположных видов движения — корпускулярного (квантового и волнового (электромагнитного),т.е. необходимо говорить о двойственной корпускулярно-волновой природе света (о корпускулярно-волновом дуализме).

импульс пускулярного и волнового,

[h = 6,63 • 10 ^-34 Дж • с — постоянная Планка; с = 3 • 10⁸ м/с — скорость распро­странения света в вакууме; ν — частота излучения; λ — длина волны излучения в вакууме]

294