Поглощение электромагнитного излучения веществом. Закон Бугера-Ламберта Бэра.

При прохождении через в-во эл.-магнитная волна возбуждает колебания электронов в атомах и молекулах в-ва, на что затрачивается энергия, и мощность волны постепенно уменьшается. Этот процесс называется поглощением света.

Закон Бугера - Ламберта - Бера определяет постепенное ослабление параллельного монохроматического (одноцветного) пучка света при распространении его в поглощающем веществе:

, где

I (l) - интенсивность параллельного монохроматического пучка света;

I₀ - интенсивность входящего пучка,

l - толщина слоя вещества, через которое проходит свет,

k_λ - показатель поглощения.

46. Дифракционная решетка, ее устройство и параметры. Механизм возникновения главных максимумов и минимумов.

Дифракционная решетка — оптическое устройство, представляет собой совокупность большого числа регулярно расположенных штрихов (щелей, выступов), нанесённых на некоторую поверхность.

Суммарную ширину щели и промежутка между щелями называют постоянной или периодом дифракционной решетки: с = а + b.

Если на решетку падает пучок когерентных волн, то вторичные волны, идущие по всевозможным направлениям, будут интерферировать, формируя дифракционную картину.

Лучи, идущие от крайних точек двух соседних щелей, имеют разность хода равной |А'В'|. Если эта разность хода кратна целому числу длин волн, то при интерференции возникнут главные максимумы, для которых выполняется условие | А'В' | = kλ или csina= ± kλ, где k — 0,1,2, ... — порядок главных максимумов. Они расположены симметрично относительно центрального (k = 0, a=0).

Дифракционная решетка состоит из совокупности щелей, а поэтому условия образования минимумов для щелей будут являться условиями образования минимумов и для дифракционной решетки. Таким образом, минимумы при дифракции от щели возникают при условии: asinФ= ± kλ, где k = 0, 1, 2, 3... .

№50

Стефана-Больцмана: Энергетическая светимость абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его абсолютной температуры.

Вина:длина волны , на которую приходится максимум испускательной способности абсолютно черного тела, обратно пропорциональна его абсолютной температуре.

Из закона Кирхгофа следует, что спектральная плотность энергетической светимости черного тела является универсальной функцией, поэтому нахождение ее явной зависимости от частоты и температуры является важной задачей теории теплового излучения.

Австрийский физик И. Стефан (183S-1893), анализируя экспериментальные данные (1879), и Л. Больцман, применяя термодинамический метод (1884), решили эту задачу лишь частично, установив зависимость энергетической светимости Л, от температуры. Согласно закону Стефана - Больцмана,

(199.1)

т. е. энергетическая светимость черного тела пропорциональна четвертой степени его термодинамической температуры; s - постоянная Стефана - Больцмана: ее экспериментальное значение равно 5,67×10-8 Вт/(м2 ×К4).

Закон Стефана - Больцмана, определяя зависимость Re от температуры, не дает ответа относительно спектрального состава излучения черного тела. Из экспериментальных кривых зависимости функции rl,T от длины волны l при различных температурах (рис. 287) следует, что распределение энергии в спектре черного тела является неравномерным. Все кривые имеют явно выраженный максимум, который по мере повышения температуры смещается в сторону более коротких волн. Площадь, ограниченная кривой зависимости rl,T от l и осью абсцисс, пропорциональна энергетической светимости Re, черного тела и, следовательно, по закону Стефана - Больцмана, четвертой степени температуры.

Рис. 287

Немецкий физик В. Вин (1864-1928), опираясь на законы термо- и электродинамики, установил зависимость длины волны lmax, соответствующей максимуму функции rl,T от температуры Т. Согласно закону смещения Вина,

(199.2)

т. е. длина волны lmax, соответствующая максимальному значению спектральной плотности энергетической светимости rl,T черного тела, обратно пропорциональна его термодинамической

температуре, b - постоянная Вина; ее экспериментальное значение равно 2,9×10-3 м×К. Выражение (199.2) потому называют законом смещения Вина, что оно показывает смещение положения максимума функции rl,T по мере возрастания' температуры в область коротких длин волн. Закон Вина объясняет, почему при понижении температуры нагретых тел в их спектре все сильнее преобладает длинноволновое излучение (например, переход белого каления в красное при остывании металла).

№53

Фотоэлектрическим эффектом (фотоэффектом) называют группу явлений, возникающих при взаимодействии света с веществом и заключающихся либо в эмиссии электронов (внешний фотоэф- фект), либо в изменении электропроводимости вещества или возникновении электродвижущей силы (внутренний фотоэф- фект).

Выделяют три основных вида фотоэффектов: внутренний, внешний и вентильный.

Внешний фотоэффект наблюдается в газах на отдельных атомах и молекулах (фотоионизация) и в конденсированных средах.

Внутренний фотоэффект наблюдается при освещении полу- проводников и диэлектриков, если энергия фотона достаточна для переброса электрона из валентной зоны в зону проводимости.

Фентильный фотоэффект наблюдается в контакте электронного и дырочного полупроводников. В этом случае под действием света возникают электроны и дыр- ки, которые разделяются электрическим полем   р-n-перехода

№54 В результате проведенных в воздухе экспериментов Столетов пришел к следующим выводам: 1. Лучи вольтовой дуги, падая на поверхность отрицательно заряженного тела, уносят с него заряд... 2. Это действие лучей есть строго униполярное, положительный заряд лучами не уносится. 3. Разряжающим действием обладают — если не исключительно, то с громадным превосходством перед прочими — лучи самой высокой преломляемости, недостающие в солнечном спектре (λ = 295•10–6 мм). Чем спектр обильнее такими лучами, тем сильнее действие. 4. Для разряда лучами необходимо, чтобы лучи поглощались поверхностью тела... 5. Разряжающее действие лучей обнаруживается даже при весьма кратковременном освещении, причем между моментом освещения и моментом соответственного разряда не протекает заметного времени. 6. Разряжающее действие, при одинаковых условиях, пропорционально энергии активных лучей, падающих на разряжаемую поверхность. 7. Каков бы ни был механизм активно-электрического разряда, мы вправе рассматривать его как некоторый ток электричества... 8. Активно-электрическое действие усиливается с повышением температуры

№55

• - Ур-ие фотоэффекта, полученное Эйнштейном.

Авых. (работа выхода) — это работа, которую необходимо затратить, чтобы удалить электрон из металла. h — постоянная Планка.V-скорость.m-масса.

• Фотон обладает инертной массой, а также не обладает массой покоя. Эта частица может существовать, только двигаясь со скоростью света c. Масса фотона находится из закона взаимосвязи массы и энергии :

• Фотон — элементарная частица, которая всегда движется со скоро­стью света с и имеет массу покоя, равную нулю, вследствие этого, импульс фотона вычисляется по формуле:

№56

• РЕНТГЕНОВСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ - электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между ультрафиолетовым и гамма-излучением в пределах длин волн от до 10³ нм.

• Рентгеновское излучение возникает при взаимодействии электронов, движущихся с большими скоростями, с веществом. Когда электроны соударяются с атомами какого-либо вещества, они быстро теряют свою кинетическую энергию. При этом большая ее часть переходит в тепло, а небольшая доля, обычно менее 1%, преобразуется в энергию рентгеновского излучения. Эта энергия высвобождается в форме квантов - частиц, называемых фотонами, которые обладают энергией, но масса покоя которых равна нулю. Рентгеновские фотоны различаются своей энергией, обратно пропорциональной их длине волны. При обычном способе получения рентгеновского излучения получают широкий диапазон длин волн, который называют рентгеновским спектром.

№57