![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •Лекция 8 Оптика
- •1.1. Природа света.
- •1.2.Геометрическая оптика.
- •Закон отражения.
- •1.3.Элементы волновой оптики Дисперсия
- •Интерференция.
- •Дифракция.
- •Условия интерференционного максимума и минимума.
- •Поляризация.
- •Основные фотометрические характеристики.
- •1.4.Фотоэффект и законы внешнего фотоэффекта
- •1.5.Люминесценция
- •Правило Стокса.
- •1.6.Световое давление
- •1.7. Излучение и поглощение света веществом.
- •1.8.Законы излучения абсолютно черного тела.
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 9 основы ядерной физики
- •1.1.Строение ядра атома
- •1.2.Виды радиоактивного излучения
- •1.3.Энергия связи. Дефект массы атомного ядра.
- •1.4.Виды ядерных реакций
- •Применение ядерной энергии.
- •Вопросы для самоконтроля
1.4.Фотоэффект и законы внешнего фотоэффекта
Фотоэффект – явление, выбивания электронов с поверхности вещества под действием света. Бывает внешний (характерен для металлов, электроны под действием света, освобождаясь, покидают поверхность вещества); внутренний (характерен для полупроводников, электроны, освободясь от связи с атомами под действием света не покидают поверхность полупроводника, а становятся свободными, оставаясь внутри вещества).
Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта:
Уравнение Планка для энергии фотона:
h
– постоянная
планка =
-
частота
Законы внешнего фотоэффекта.
Рисунок 77.
Принципиальная измерительная схема, с помощью которой исследовался внешний фотоэффект изображена на рисунке 77. Отрицательный полюс батареи присоединен к металлической пластинке K (катод), положительный – к вспомогательному электроду А (анод). Оба электрода помещены в сосуд, имеющий кварцевое окно (прозрачное для оптического излучения). Поскольку электрическая цепь остается разомкнутой, ток в ней отсутствует. При освещении катода К свет вырывает из него электроны (фотоэлектроны), устремляющиеся к аноду; в цепи появляется ток (фототок).
Схема дает возможность измерять силу фототока и скорость фотоэлектронов при различных значениях напряжения между катодом и анодом при различных условиях освещения катода.
Экспериментальные исследования, выполненные Столетовым, а также другими учеными, привели к установлению следующих основных законов внешнего фотоэффекта.
1. Фототок насыщения пропорционален интенсивности падающего излучения.
2. Скорость выбитых электронов не зависит от интенсивности падающего излучения, а определяется только его частотой.
3.
Фотоэффект начинается только с
определенной частоты падающего излучения,
называемой красной границей фотоэффекта.
Это минимальная частота падающего
излучения, при которой начинается
фотоэффект.
1.5.Люминесценция
Люминесценция (холодное свечение) – свечение тел при низкой температуре, так что в тепловом излучении отсутствует излучение в видимом диапазоне. Оно наблюдается после возбуждения атомов и молекул вещества. По продолжительности послесвечения (после прекращения действия внешнего возбуждения) от 10-9с до нескольких суток. Люминесценция подразделяется на флюоресценцию (кратковременное послесвечение) и фосфоресценцию (длительное), хотя резкой границы между ними нет.
Свечение при люминесценции не прекращается одновременно с вызвавшей его причиной. В зависимости от способа возбуждения различают фото-люминесценцию, рентгено-, радио-, котодо-, электро-, хемилюминесценцию.
Спектры люминесцентного излучения и их максимумы сдвинуты в сторону более длинных волн относительно спектра возбуждающего излучения (правило Стокса).
В соответствии с квантовой теорией излучения, поглотив квант энергии hυ0, атом переходит в возбужденное состояние и теряет при этом часть полученной энергии. Оставшаяся энергия излучается в виде кванта hυ
.
То есть частота люминесцентного излучения меньше частоты поглощения. Вещества, обладающие ярко выраженной способностью люминесцировать называются люминофорами. Степень преобразования поглощенной энергии ε0 в энергию люминесценции ε характеризуется энергетическим выходом η=ε/ε0.
Согласно закону С.И. Вавилова
Квантовый выход возрастает пропорционально длине волны возбуждающего излучения, а затем, достигнув максимума (насыщения), резко уменьшается.
Люминесценция широко используется в технике – люминесцентные лампы, электронно-лучевые трубки, люминесцентный анализ и другие применения. Люминесцентный анализ применяется также в медицине и ветеринарии. Значительная часть органических соединений (кислоты, жиры, красители) при облучении ультрафиолетом люминесцируют. Изучение люминесцентного излучения позволяет анализировать состояние пищевых продуктов, фармакологических веществ, волокон растительного и животного происхождения. Он применяется также при диагностике кожных заболеваний. Наблюдается также сверхслабое свечение биологических объектов – метаболическая люминесценция, характерная для живых организмов.
При люминесценции атомы из возбужденного состояния в устойчивое переходят спонтанно (самопроизвольно), однако эти переходы могут быть инициированы за счет какого либо внешнего воздействия.
Вследствие вспышки импульсной лампы атомы переводятся в возбужденное состояние.
Рисунок 78.
Если один из атомов испускает фотон, летящий вдоль оси рабочего вещества (кристалла, газа, полупроводника), то он инициирует излучение других атомов и образуется лавина фотонов. Так как волны, соответствующие этим фотонам совпадают по фазе, то амплитуда излучения непрерывно возрастает. Многократно отражаясь от плоскопараллельных зеркал (правое полупрозрачное), свет усиливается и выходит наружу в виде монохроматического когерентного излучения. На рисунке 78 показано устройство квантового лазерного генератора.
Фотоны, летящие под углом к оси лазера «выходят из обращения» и не участвуют в формировании
По длительности свечения люминесценция делится на фосеро- и флюоресценцию.