1 КУРС (Лекции по оптике и электричеству и магнетизму) / Lektsia_13_pdf-77762392

Крахалев М.Н.

План лекции №13

6Дисперсия показателя преломления.

6Тепловое излучение. Равновесная плотность излучения.

6Излучение абсолютно черного тела. Закон Кирхгофа.

6Законы Стефана-Больцмана и Вина.

6Формула Планка.

6Фотоэффект. Эффект Комптона.

Дисперсия света.

Крахалев М.Н.

Дисперсия света – явление, обусловленное зависимостью показателя преломления вещества от частоты (длинны) световой волны:

n=f(l0)

где l0 – длинна световой волны в вакууме.

Метод скрещенных призм:

Дисперсия света.

Крахалев М.Н.

Для всех прозрачных бесцветных веществ, с уменьшением длинны волны показатель преломления увеличивается со все возрастающей скоростью. Величина dn/dl0, называемая дисперсией вещества, увеличивается по модулю с уменьшением l0. Такой характер дисперсии называется нормальным.

Если вещество поглощает часть лучей, в области поглощения и вблизи от нее ход дисперсии обнаруживает аномалию. На некотором участке более короткие волны преломляются меньше, чем более длинные. Такой ход зависимости n от l0 называется аномальной дисперсией.

Вид спектра, получаемый по методу скрещенных призм.

Дисперсия света.

КрахалевЭлементарнаяМ.Н. теория дисперсии.

Дисперсия света может быть объяснена на основе электромагнитной теории и электронной теории вещества. Движение электронов в атоме подчиняется законам квантовой механики, однако, как показал Лоренц, для качественного понимания многих оптических явлений достаточно ограничится гипотезой о существовании внутри атомов и молекул электронов, связанных квазиупруго. Будучи выведенными из положения равновесия, такие электроны начнут колебаться, постепенно теряя энергию колебания на излучение электромагнитных волн (затухающие колебания).

Электрическая сила, действующая на электрон:

Вынужденные колебания электрона:

где w0 – собственная частота электрона,

b– коэффициент затухания,

e и m – соответственно, заряд и масса электрона.

Дисперсия света.

КрахалевЭлементарнаяМ.Н. теория дисперсии (продолжение).

Электрический дипольный момент молекулы:

Вектор поляризации вещества:

N – число молекул в веществе.

Дисперсия света.

КрахалевЭлементарнаяМ.Н. теория дисперсии (продолжение).

При значениях частоты w, значительно отличающихся от всех собственных частот w0i, сумма будет мала по сравнению с единицей. Поэтому n2≈1.

Вблизи каждой из собственных частот функция n2 будет претерпевать разрыв: при w→w0i-0 она обращается в +∞, при w→w0i+0 – в -∞

Учет затухания (b ≠ 0) амплитуда при всех значениях частот остается конечной.

Дисперсия света.

Крахалев М.Н.

Групповая скорость (продолжение).

В зависимости от знака dv/dl групповая скорость может быть больше или меньше фазовой скорости. В отсутствии дисперсии dv/dl = 0 и групповая скорость совпадает с фазовой.

Понятие групповой скорости применимо только при условии, что поглощение энергии волны в среде не велико. При значительном затухании (область аномальной дисперсии) понятие групповой скорости утрачивает смысл.

Тепловое излучение.

Крахалев М.Н.

Светящиеся тела излучают электромагнитные волны. Энергия, расходуемая светящимся телом на излучение, может пополнятся из различных источников. Самым распространенным является свечение тел, обусловленное их нагреванием. Этот вид свечения называется тепловым излучением.

В системе (см. рисунок) происходит непрерывный обмен энергией между телом и заполняющим оболочку излучением. Если распределение энергии между телом и излучением остается неизменным для каждой длинны волны, то состояние системы телоизлучение будет равновесным.

Тепловое излучение является единственным видом излучения, которое может находится в равновесии с излучающими телами.

Способность теплового излучения находится в равновесии с излучающими телами обусловлена тем, что его интенсивность возрастает при повышении температуры, и наоборот, падает с понижением температуры.