- •Глава. 1. Основы квантовой оптики
- •1. 1. Тепловое излучение.
- •1. 1. 1. Количественные характеристики излучения.
- •1. 1. 2. Экспериментальные законы. Абсолютно черное тело.
- •1. 1. 3. Классическое описание излучения абсолютно черного тела.
- •1. 1. 3. 1. Критерий и закон смещения Вина.
- •1. 1. 3. 2. Теория Релея-Джинса.
- •1. 1. 3. 3. Формула Вина.
- •1. 1. 4. Формула Планка.
- •1. 1. 4. 1. . Гипотеза квантов.
- •1. 1. 4. 2. Свойства формулы Планка:
Федун В.И. Черновик конспекта лекций Основы квантовой оптики
Глава. 1. Основы квантовой оптики
К концу XIX столетия в физике сложилась ситуация кажущегося благополучия:
1) классическая (ньютоновская) механика приобрела законченный вид;
2) статистические методы приводили к обоснованию эмпирических законов – термодинамики.
3) большинство явлений электромагнетизма объяснялись теорией Максвелла и Друде - Лоренца.
4) победила волновая теория света.
Казалось, что оставалось лишь несколько нерешенных проблем. Например:
1) Фотоэффект (1887 г. – Герц); 2) Линейчатые спектры излучения, полосатые спектры (1885 г. – Бальмер); 3) Стабильность и размер атома; 4) Тепловое излучение.
С обсуждения проблемы теплового излучения мы и начнем работу в этом разделе современной физики.
1. 1. Тепловое излучение.
Тепловое излучение – испускание электромагнитных волн за счет внутренней энергии тела.
Тепловое (температурное) излучение происходит при любой температуре тела и имеет сплошной спектр, положение максимума которого зависит от температуры вещества.
Тепловое излучение может быть равновесным.
Равновесное излучение – процесс, в котором распределение энергии между телом и излучением остается неизменным для каждой длины волны.
Такое состояние системы «тело + излучение» равновесно, поэтому к ней могут быть применены законы термодинамики.
Свойства равновесного излучения:
Остальные виды излучения, возбуждаемые за счет любого вида энергии, кроме внутренней, называются люминесценцией. Люминесцентное излучение всегда неравновесно.
| |
Рисунок 1. |
1. 1. 1. Количественные характеристики излучения.
Интегральные характеристики: т.е. просуммированы по всем частотам () или длинам () электромагнитных волн.
Энергетическая светимость поток энергии, испускаемый единицей поверхности тела по всем направлениям, т.е. в телесный угол.
Размерность: ==или.
Плотность энергии излучения .энергия, содержащаяся в единице объема пространства.
Размерность: =или.
Спектральные характеристики теплового излучения:
Испускательная способность тела или спектральная плотность энергетической светимости
|
где - поток энергии, испускаемый единицей поверхности в интервале частот отдо(или- поток энергии, испускаемый единицей поверхности в интервале частот отдо).
Размерность: []==илии
Связь:
При этом связь между испускательной способностью и энергетической светимостью:
|
Спектральная плотность энергии излучения
|
где - энергия в единице объема, определяемая частотным интервалом отдо.
Связь:
Размерность: и.
Излучение можно характеризовать вместо частоты длиной волны.
Поглощательной способностью называется безразмерная величина , определяемая как отношение части потока энергии в интервале частот, поглощенного телом, к падающему потоку энергии в том же интервале частот.
По определению .