Лекция 14

Основные выводы.

1. Поляризация.

Свет представляет собой поперечные электромагнитные волны, характеризуемые вектором электрического поля и магнитного поля . В поперечной волне возможны колебания по любому направлению, перпендикулярному к направлению распространения волны. Если в пучке света присутствуют колебания всех направлений, то свет называется естественным. Если колебания проходят по одному из направлений, то свет называется поляризованным.

Поляризация естественного света возникает при прохождении его через некоторые кристаллы, специально изготовленные поляроидные пленки и при отражении. Поляроиды характеризуются осью поляризации, которая определяет направление поляризации прошедшего через них света. Если пучок плоскополяризованного света проходит через поляризатор, ось поляризации которого образует с направлением поляризации угол θ, то интенсивность пучка уменьшится по закону Малюса: I = I_oсоs²θ.

При отражении естественного света под определенным углом θ_р происходит полная поляризация отраженного света. Угол θ_р определяется законом Брюстера tgθ_p = n, где n — показатель преломления отражающей среды.

При прохождении плоскополяризованного света через некоторые кристаллы и растворы (например, сахара), плоскость поляризации поворачивается на некоторый угол. Такие вещества называются оптически активными.

2. Тепловое получение

Излучение может осуществляется за счет различных видов энергии: тепловой, химической, электрической и т.д. Испускание электромагнитных волн за счет внутренней, т.е. тепловой энергии называется тепловым излучением. Все остальные виды излучения называются люминесценцией. Единственным видом излучения, которое может находится в равновесии с излучающими телами, является тепловое излучение. Поток энергии, испускаемый единицей поверхности тела называется энергетической светимостью R. Поток энергии в интервале частот dω равен dR_ω = r_ωdω. Величина r_ω называется испускательной способностью тела. Она зависит от температуры и частоты или длины волны λ.

Если на единицу поверхности тела падает поток энергии dФ_ω, то часть этого потока dФ′_ω может быть поглощена телом. Отношение а_ωT = называется поглощательной способностью тела. Тело, полностью поглощающее излучение при всех частотах (а_ωT ≡ 1) называется абсолютно черным.

3. Закон Кирхгофа

Отношение испускательной и поглощательной способностей не зависит от природы тела, оно является универсальной функцией частоты (длины волны) и температуры

.

Для абсолютно черного тела испускательная способность есть универсальная функция Кирхгофа: .

Лекция 15

Основные выводы.

1. Закон Стефана-Больцмана

Суммарное получение абсолютно черного тела пропорционально четвертой степени температуры

,

где σ = 5,7.10^–8 Вт/(м²К⁴) — постоянная Стефана-Больцмана.

2. Формула Вина

Функция спектрального распределения должна иметь вид

f(ω,T) = ω³ F(ω/T),

где F зависит от одной переменной — отношения ω/Т.

3. Закон смещения Вина

Положение максимума спектра излучательной способности r_λT определяется выражением:

Tλ_max = b,

где b = 2,9.10^–3 м.К — постоянная, не зависящая от температуры.

Максимум излучательной способности при повышении температуры смещается в сторону коротких волн.

4. Попытки получить функцию Кирхгофа в явном виде, основываясь на волновых представлениях, не увенчались успехом. Например, Рэлеем и Джинсом была получена формула

.

где k — постоянная Больцмана, которая не описывала экспериментальных данных при больших частотах, т.е. малых длинах волн.

5. Для того, чтобы определить универсальную функцию Кирхгофа, совпадающую с экспериментом, М.Планк выдвинул предположение, что энергия получения испускается отдельными порциями — квантами, величина которых пропорциональна частоте получения:

 = ħω.

Величина ħ = 1,054.10^–34 Дж.с называется постоянной Планка. (Часто используется величина h = 2ħ = 6,626.10^–34 Дж.с).

В результате была получено выражение, называемое формулой Планка:

Размерность ħ равна произведению (энергия)х(время). Величина такой размерность носит название действия. Поэтому говорят, что ħ — это квант действия.

Гипотеза о квантовании энергии противоречила классическим представлениям, но дальнейшее развитие физики подтвердило ее справедливость.