- •§1. Общие сведения о природе и свойствах света.
- •.11.1. Природа света.
- •§2. Интерференция света.
- •.22.1. Принцип суперпозиции.
- •.32.2. Расчет интерференционной картины.
- •Справка 1.
- •Справка 2.
- •.42.3. Вычисление ширины интерференционных полос и расстояние между максимумами интенсивности.
- •.52.4. Интерференция в тонких пленках.
- •.62.5. Интерференция в пленках переменной толщины.
- •.72.6. Кольца Ньютона.
- •§3. Дифракция света. .83.1. Определение, общие положения. Принцип Гюйгенса-Френеля.
- •.93 Рис. 12 .2. Зоны Френеля.
- •.103.3. Зонная пластинка.
- •.113.4. Дифракция Френеля от круглого отверстия.
- •.123.5. Дифракция Фраунгофера от щели.
- •.133.6. Дифракционная решетка.
- •.143.7. Разрешающая способность дифракционной решетки.
- •.153.8. Разрешающая способность оптических инструментов.
- •§4. Дисперсия света.
- •.164.1. Групповая и фазовая скорости.
- •.174.2. Нормальная дисперсия света.
- •.184.3. Аномальная дисперсия света.
- •.194.4. Электронная теория дисперсии света.
- •§5. Поляризация света9.
- •.205.1. Закон Малюсаv.
- •.215.2. Способы получения поляризованного света. Закон Брюстераw.
- •.225.3. Двойное лучепреломление.
- •.235.4. Поляризационная призма (призма Николя).
- •.245.5. Искусственная анизотропия.
- •§6. Квантово-оптические явления. .256.1. Тепловое излучение.
- •.266.2. Испускательная и поглощательная способность тела. Абсолютно черное тело.
- •.276.3. Закон Кирхгофаy.
- •.286.4. Распределение энергии в спектре излучения абсолютно черного тела.
- •.296.5. Законы излучения.
- •.306.6. Формула Планка.
- •§7. Фотоэффект. .317.1. Опыты Столетоваdd. Законы фотоэффекта.
- •.337.3. Давление света.
- •.347.4. Эффект Комптонаgg.
- •§1. Общие сведения о природе и свойствах света. 4
- •§2. Интерференция света. 8
- •§3. Дифракция света. 18
- •AКраткие сведения об ученых, упоминавшихся в тексте.
.296.5. Законы излучения.
Теоретическое объяснение излучения абсолютно черного тела имело огромное значение в истории физики – оно привело к открытию квантов энергии. Посмотрим, как это происходило исторически.
1) Закон Стефанаz - Больцманаaa. Долгое время многочисленные попытки получить теоретически вид функции не давали общего решения задачи.
Стефан (1879г.), анализируя экспериментальные данные, пришел к выводу, что энергетическая светимость любого тела Rэ~T4 (~ четвертой степени абсолютной температуры).
Больцман (1884г.), исходя из термодинамических соображений, получил для абсолютно черного тела соотношение:
которое известно под названием закона Стефана-Больцмана.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ: Закон Стефана-Больцмана: полная лучеиспускающая способность (энергетическая светимость) абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры.
постоянная Стефана-Больцмана. =5,710-8Вт/(м2град4).
2) Закон Вина. Винbb (1893г.), воспользовавшись кроме термодинамики, электромагнитной теорией, показал, что функция спектрального распределения должна иметь вид:
.
На основании этого он вывел следующие законы:
ОПРЕДЕЛЕНИЕ: Закон смещения Вина: длина волны, на которую приходится максимум излучательной способности обратно, пропорциональна абсолютной температуре:
b=2,9103мкК – 1ая постоянная Вина.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ: Максимальная излучательная способность абсолютно черного тела rmax возрастает пропорционально пятой степени абсолютной температуры:
с=1,310-3Вт/м2К5 – 2ая постоянная Вина.
На законе Вина основан метод определения температуры раскаленных тел (оптическая пирометрия) по спектру их излучения. Именно этим методом впервые была определена температура поверхности Солнца. Максимум энергии солнечного излучения приходится на длину волны m=0,47мкм. Следовательно, абсолютная температура поверхности Солнца равна .
3
Рис. 46.
Зависимость испускательной
способности абсолютно черного тела
от из опыта (1) и по
Рэлею-Джинсу (2).
формула Рэлея-Джинса.
Оказывается, что формула Рэлея-Джинса, вывод которой безупречен с классической точки зрения (он основан на применении законов термодинамики и теоремы Больцмана о равнораспределении энергии по степеням свободы) удовлетворительно согласуется с экспериментальными данными лишь при больших длинах волн и резко расходится с опытом для малых длин волн. Интегрирование выражения, представляющего формулу Рэлея-Джинса, по от 0 до дает для равновесной плотности энергии (также как и для энергетической светимости Rэ) бесконечно большие значения (рис.46). Эти расхождения теории и эксперимента, обнаруженные на рубеже XIX и XX веков, получили название ультрафиолетовой катастрофы.
Посмотрим, как удалось разрешить сложившееся противоречие.
Расхождения теории и эксперимента явились серьезным предостережением, выходящим далеко за рамки задачи о построении универсальной функции . Расхождение формулы Рэлея-Джинса с экспериментом указывало на существование каких-то закономерностей, несовместимых с представлениями классической статистической физики и электродинамики. Смысл общего вывода заключается в том, что вся классическая физика имеет определенные границы применимости и использование ее законов и методов вне границ приводит к противоречию с опытом, являющимся основным критерием правильности той или иной теории.