Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Тема 10. Квантовая природа излучения





Фотометрия – раздел оптики, занимающийся вопросами измерения нтенсив-ности света и его источников.

В фотометрии используют энергетические и световые величины.

I. Энергетические величины:

1. Поток излучения [Вm], где W – энергия излучения

2. Энергетическая светимость (излучательность)

3. Сила излучения [ ср] – стерадиан

ω – телесный угол, в пределах которого это излучение распространяется

4. Энергетическая яркость (лучистость)

5. Энергетическая освещенность (облученность)

II.Световые величины:

1. Сила света [J] - [кд] – кандела

2. Световой поток [Ф] - [лм] – люмен – мощность оптического излучения по вызываемому им световому ощущению

3. Светимость

4. Яркость

5. Освещенность - люкс

 

Квантовые свойства света проявляются в следующих явлениях: тепловое излучение, фотоэффект и эффект Комптона.

Тепловое излучение – излучение нагретых тел, находящихся в термодинамическом равновесии. Оно зависит от температуры тела, так как является следствием хаотического теплового движения молекул и атомов среды.

Количественной характеристикой теплового излучения служит:

1. Спектральная плотность энергетической светимости (излучательности) тела – мощность излучения с единицы площади поверхности в интервале частот единичной ширины

2. Интегральная энергетическая светимость (интегральная излучательность)

3. Спектральная поглощательная способность - способность тел поглощать падающее на них излучение

- величина безразмерная

 

Абсолютно черное тело - тело, способное поглощать полностью при любой температуре все падающее на него излучение любой частоты.

Αn,T = 1 – для абсолютно черного тела.

Используют также понятие серого тела

Αn,T = ΑT = const < 1 – зависит только от температуры

 

Законы теплового излучения:

1. - закон Кирхгофа

показывает количественную связь между спектральной плотностью энергетической светимости и спектральной поглощательной способностью тел. Их отношение не зависит от природы тела, а является универсальной функцией частоты и температуры.

2. Закон Стефана – Больцмана

Re = δT4

 

Энергетическая светимость черного тела пропорциональна четвертой степени его термодинамической температуры

- постоянная Стефана – Больцмана

3. Закон смещения Вина

Длина волны, соответствующая максимуму излучения черного тела, обратно пропорциональна его температуре

b = 2,9×10-3 м×Кпостоянная Вина

Закон Вина называется законом смещения, так как он показывает, что с повышением температуры максимум энергии излучения черного тела смещается в сторону более коротких волн.



Спектральная испускательная способность абсолютно черного тела

 

- формула Планка для абсолютно черного тела

где k - постоянная Больцмана, е – основание натурального логарифма ln.

Законы Стефана - Больцмана и Вина является частными законами излучения черного тела: они не дают общей картины распределения энергии по длине волны при различной температуре.

Фотоэффект - испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения.

- уравнение Эйнштейна для фотоэффекта

Различают внешний, внутренний и вентильный фотоэффект.

Внешний фотоэффект – испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения.

Внутренний фотоэффект – вызванные электромагнитным излучением переходы электронов внутри полупроводника и диэлектрика из связанных состояний в свободные, без вылета наружу. В результате концентрация носителей тока внутри тела увеличивается, что приводит к возникновению фотопроводимости – повышению электропроводности полупроводников и диэлектрика.

Вентильный фотоэффект – возникновение электродвижущих сил при освещении контакта двух разных полупроводников или полупроводника и металла. Вентильный фотоэффект открывает пути для прямого преобразования солнечной энергии в электрическую энергию.

I Вольт - амперная характеристика фо-

Iнастоэффекта – зависимость фототока I,

образуемого потоком электронов, ис

пускаемых катодом под действием

света от напряжения U между элек--U0 U тродами.

Максимальное значение тока Iнас– фототок насыщения – определяется таким значением напряжения, при котором все электроны, испускаемые катодом, достигают анода

Iнас = еn

где n- число электронов, испускаемых катодом в одну секунду.

Для того чтобы фототок стал равным нулю, необходимо приложить задерживающее напряжение U0

При U = U0 ни один из электронов, даже обладающий максимальной скоростью vmax не может преодолеть U0 и достигнуть анода.

Законы фотоэффекта:

1. Закон Столетова: Сила фототока насыщения пропорциональна энергетической освещенности Ее катода.

2. Максимальная освещенность Ек фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а определяется его частотой.

3. Для каждого вещества существует «красная граница» фотоэффекта, т.е. минимальная частота, при которой свет любой интенсивности фотоэффекта не вызывает.

Согласно гипотезе Планка, свет испускается, поглощается и распространяется порциями – квантами – фотонами.

Энергия фотона

Массу фотона определим из закона взаимосвязи массы и энергии

Þ или - масса фотона

Фотон существует только в движении, поэтому (-масса покоя).

Импульс фотона

Следовательно, фотон, как и любая другая частица, характеризуется энергией, массой и импульсом.

Если фотоны обладают импульсом, то свет, падающий на тело, должен оказывать на него давление

- объемная плотность энергии излучения

Ее - энергия всех фотонов, падающих на единицу поверхности в единицу времени – освещенность поверхности.

r - коэффициент отражения света.

Полно корпускулярные свойства света проявляются в эффекте Комптона.

Эффект Комптона - упругое рассеяние коротковолнового электромагнитного излучения (рентгеновского и g - излучений) на свободных электронах вещества, сопровождающееся увеличением длины волны.

Этот эффект не укладывается в рамки волновой теории.

Объяснение эффекта Комптона дано на основе квантовых представлений о природе света.

Если считать, что излучение – поток фотонов, то эффект Комптона – результат упругого столкновения рентгеновских фотонов свободными электронами вещества. В процессе этого столкновения фотон передает электрону часть своих энергии и импульса в соответствии с законами их сохранения.

Рассмотрим упругое столкновение двух

ре частиц – налетающего фотона, обладаю-

рg щего импульсом

q

рg и энергией

с покоящимся свободным электроном.

Фотон, столкнувшись с электроном, передает ему часть своей энергии и импульса и изменяет направление движения (рассеивается). Уменьшение энергии фотона означает увеличение длины волны рассеянного излучения

 

- формула Комптона

- комптоновская длина волны электрона

или ,

l - длина волны падающего излучения,

- длина волны рассеянного излучения.





Дата добавления: 2014-01-04; Просмотров: 1355; Нарушение авторских прав?


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



ПОИСК ПО САЙТУ:


Рекомендуемые страницы:

Читайте также:
studopedia.su - Студопедия (2013 - 2020) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление
Генерация страницы за: 0.008 сек.