76.63 Kb.Название Дата09.03.2012Размер76.63 Kb.Тип Смотрите также: Лекция 7.Квантовая оптика. Тепловое излучение, его характеристики. Законы Кирхгофа, Стефана-Больцмана, Вина. Излучательная способность и плотность энергии электромагнитного излучения. Равновесная плотность излучения. Формула Рэлея-Джинса. Гипотеза Планка. Формула Планка и следствия из нее. Квантовой оптикой называется раздел оптики, занимающийся изучением явлений, в которых проявляются квантовые свойства света: тепловое излучение, фотоэффект, фотохимические процессы и т.п. Все тела при температурах выше абсолютного нуля являются источниками излучения, которое называется тепловым излучением. Тепловое излучение зависит только от температуры и оптических свойств излучающего тела. Тепловое излучение уносит из тела энергию, а потому, если расход энергии тела на тепловое излучение не восполняется поступлением теплоты извне, то температура тела понижается, а тепловое излучение уменьшается. Радиационным теплообменом называется самопроизвольный процесс передачи энергии в форме теплоты от более нагретого тела менее нагретому телу при помощи излучения и поглощения электромагнитных волн. Тепловое излучение может находиться в термодинамическом равновесии с веществом. Расход энергии тела на тепловое излучение компенсируется при поглощении такого же количества энергии падающего на него излучения. Равновесное излучение возможно только в адиабатически замкнутой системе (отсутствие обмена теплотой с внешней средой), в которой все тела имеют одинаковую температуру. Равновесное излучение не зависит от материала тел, образующих замкнутую термодинамически равновесную систему (второе начало термодинамики). Спектральной характеристикой равновесного излучения является спектральная плотность энергетической плотности энергии излучения где dw - энергия равновесного излучения с частотами от m до m+dm, заключенная в единице объема поля излучения. Объемная плотность энергии поля излучения (интегральная энергетическая светимость тела) Равновесное излучение изотропно, то есть оно не поляризовано и все направления его распространения равновероятны. Спектральной плотностью энергетической светимости (излучательной способностью) тела называется физическая величина, численно равная отношению энергии dW, излучаемой за единицу времени с единицы площади поверхности тела в интервале частот от m до m+dm (или от k до k+dk), к ширине этого интервала с скорость света в вакууме. Энергетической светимостью (интегральной излучательной способностью) тела называется физическая величина Rэ, численно равная энергии электромагнитных волн частотном диапазоне от 0 до , излучаемых за единицу времени с единицы поверхности тела Поглощательной способностью (монохроматическим коэффициентом поглощения) тела называется безразмерная величина Аm, показывающая, какая доля энергии электромагнитных волн в интервале от m до m+dm, падающих на поверхность тела, поглощается им где величина падающей энергии электромагнитных волн определяется Значение Аm зависит от длины волны, температуры, химического состава тела и состояния его поверхности. Абсолютно черным телом называется тело, которое полностью поглощает все падающее на него излучение (Аm=1). Серым телом называется тело, поглощательная способность которого меньше единицы и не зависит от длины волны света, направления его распространения и поляризации Любой микроскопический процесс в равновесной системе должен протекать с такой же скоростью, что и обратный ему (принцип детального равновесия). В термодинамически равновесной системе энергия, излучаемая за единицу времени с единицы площади поверхности рассматриваемого тела, равна За это же время на том же участке поверхности поглощается часть энергии падающего равновесного излучения В соответствии с принципом детального равновесия откуда получаем (закон Кирхгофа) отношение излучательной способности тела к его поглощательной способности не зависит от природы тела и равно излучательной способности абсолютно черного тела. Зависимость называется функцией Кирхгофа. Энергетическая светимость тела равна и тогда - энергетическая светимость абсолютно черного тела; - энергетическая светимость серого тела; - энергетическая светимость несерого тела; где a интегральная степень черноты тела. Равновесное излучение при температуре Т тождественно тепловому излучению абсолютно черного тела при этой температуре, а потому называется черным излучением. Энергетическая светимость абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его термодинамической температуры (закон Стефана-Больцмана) где s = 5,67 10-8 Вт/(м2К4) постоянная Стефана-Больцмана. Зависимость излучательной способности абсолютно черного тела от частоты в области малых частот пропорциональна m2Т, а в области больших частот где а1 постоянный коэффициент. При повышении температуры тела максимум сдвигается в сторону больших частот (меньших длин волн) закон смещения Вина где b=2,9 10-3 м К постоянная Вина.
Квантовая оптика. Тепловое излучение, его характеристики. Законы Кирхгофа, Стефана-Больцмана, Вина
Квантовая оптика. Тепловое излучение, его характеристики. Законы Кирхгофа, Стефана-Больцмана, Вина
Комментариев нет:
Отправить комментарий