1)Свет представляет собой суммарное электромагнитное излучение множества атомов. Атомы же излучают световые волны независимо друг от друга, поэтому световая волна, излучаемая телом в целом, характеризуется всевозможными равнове­роятными колебаниями светового вектора (рис. 272, а; луч перпендикулярен плоскости рисунка). В данном случае равномерное распределение векторов Е объясняется большим числом атомарных излучателей, а равенство амплитудных значений векторов Е — одинаковой (в среднем) интенсивностью излучения каждого из атомов. Свет со всевозможными равновероятными ориентациями вектора Е (и, следовательно, Н) называется естественным.

Свет, в котором направления колебаний светового вектора каким-то образом упорядочены, называется поляризованным. Так, если в результате каких-либо внешних воздействий появляется преимущественное (но не исключительное!) направление коле­баний вектора Е (рис. 272, б), то имеем дело с частично поляризованным светом. Свет, в котором вектор Е (и, следовательно, Н) колеблется только в одном направлении, перпендикулярном лучу (рис. 272, в), называется плоско поляризованным (линейно поляризованным).

Плоскость, проходящая через направление колебаний светового вектора плоско поляризованной волны и направление распространения этой волны, называется плоско­стью поляризации. Плоско поляризованный свет является предельным случаем эллиптически поляризованного света — света, для которого вектор Е (вектор Н) изменяется со временем так, что его конец описывает эллипс, лежащий в плоскости, перпен­дикулярной лучу. Если эллипс поляризации вырождается в прямую (при разности фаз j, равной нулю или p), то имеем дело с рассмотренным выше плоско поляризованным светом, если в окружность (при j = ±p/2 и равенстве амплитуд складываемых волн), то имеем дело с циркулярно поляризованным (поляризованным по кругу) светом.

Степенью поляризации называется величина

где Imax, и Imin — соответственно максимальная и минимальная интенсивности частично поляризованного света, пропускаемого анализатором. Для естественного света Imax=Imin и Р=0, для плоско поляризованного Imin =0 и Р=1.

2)Зако́н Брю́стера — закон оптики, выражающий связь показателей преломления двух диэлектриков с таким углом падения света, при котором свет, отражённый от границы раздела диэлектриков, будет полностью поляризованным в плоскости, перпендикулярной плоскости падения. При этом преломлённый луч частично поляризуется в плоскости падения, и его поляризация достигает наибольшего значения (но не 100%, поскольку от границы отразится лишь часть света, поляризованного перпендикулярно к плоскости падения, а оставшаяся часть войдёт в состав преломлённого луча). Угол падения, при котором отражённый луч полностью поляризован, называется углом Брюстера[1]. При падении под углом Брюстера отражённый и преломлённый лучи взаимно перпендикулярны.

Закон Брюстера записывается в виде:

где — показатель преломления второй среды относительно первой, а — угол падения (угол Брюстера).

Закон Малюса — физический закон, выражающий зависимость интенсивности линейно-поляризованного света после его прохождения через поляризатор от угла между плоскостямиполяризации падающего света и поляризатора.

где — интенсивность падающего на поляризатор света,— интенсивность света, выходящего из поляризатора,—коэффициент пропускания поляризатора.

Установлен Э. Л. Малюсом в 1810 году.

В релятивистской форме

где и— циклические частоты линейно поляризованных волн, падающей на поляризатор и вышедшей из него.

Если естественный свет падает на границу раздела двух диэлектриков (например, воздуха и стекла), то часть его отражается, а часть преломляется в распространяется во второй среде. Устанавливая на пути отраженного и преломленного лучей анализатор (например, турмалин), убеждаемся в том, что отраженный и преломленный лучи частично поляризованы: при поворачивании анализатора вокруг лучей интенсивность света периодически усаливается и ослабевает (полного гашения не наблюдается!). Дальнейшие исследования показали, что в отраженном луче преобладают колебания, перпендикулярные плоскости падения (на рис. 275 они обозначены точками), в преломленном — колебания, параллельные плоскости падения (изображены стрелками).

Степень поляризации (степень выделения световых волн с определенной ориентацией электрического (и магнитного) вектора) зависит от угла падения лучей и показателя преломления. Шотландский физик Д. Брюстер(1781—1868) установилзакон, согласно которому при угле паденияi_B(угол Брюстера), определяемого соотношением

(n₂₁— показатель преломления второй среды относительно первой),отраженный луч является плоскополяризованным(содержит только колебания, перпендикулярные плос­кости падения) (рис. 276).Преломленный же луч при угле падения i_B поляризуется максимально, но не полностью.

3) Теплово́е излуче́ние—электромагнитное излучение, возникающее за счёт внутренней энергии тела^[1]. Имеет сплошнойспектр, максимум которого зависит оттемпературытела. При остывании последний смещается в длинноволновую часть спектра. Тепловое излучение имеет нагретый металл, земная атмосфера,белый карлик^[1][2].

Причиной того, что веществоизлучает электромагнитные волны, является устройствоатомовимолекулиззаряженныхчастиц, т.ч. вещество пронизаноэлектромагнитными полями

Энергетическая светимость тела -— физическая величина, являющаяся функцией температуры и численно равная энергии, испускаемой телом в единицу времени с единицы площади поверхности по всем направлениям и по всему спектру частот.

; Дж/с·м² = Вт/м

Спектральная плотность энергетической светимости

Спектральная плотность энергетической светимости — функция частоты и температуры, характеризующая распределение энергии излучения по всему спектру частот (или длин волн).

Аналогичную функцию можно написать и через длину волны

Можно доказать, что спектральная плотность энергетической светимости, выраженная через частоту и длину волны, связаны соотношением:

5)Закон Стефана – Больцмана

Интегральная испускательная способность АЧТ находится как результат интегрирования функции Планка по всем частотам: , где, а, следовательно,. После интегрирования получим закон Стефана – Больцмана:.

Закон Вина (закон смещения)

Частота ^m,(, соответствующая максимуму спектральной испускательной способности T), находится из условия: В результате дифференцирования получим:. Если ввести обозначение, то уравнение можно привести к виду:. Это трансцендентное уравнение проще всего решить графически (рис. 23.3), построив графики функций:.Рис. 23.3. К решению трансцендентного уравнения решение уравнения – точка пересечения этих двух графиков:. Отсюда следует вывод: частота излучения, соответствующая максимуму спектральной испускательной способности АЧТ, связана с соответствующей температурой АЧТ формулой закона Вина:, К^–1с^–1.

Полученное уравнение является трансцендентным, которое проще всего решить графически (рис. 23.5), построив графики функций .Рис. 23.5. К решению трансцендентного уравнения решением уравнения будет точка пересечения этих двух графиков:. Отсюда следует вывод – длина волны, соответствующая максимуму спектральной испускательной способности АЧТ, связана с соответствующей температурой АЧТ формулой закона Вина:. закон Вина:T^m = b, где b10 = 2,9^–3м) – постоянная Вина. (К

6)Фотоэффе́кт,Фотоэлектрический эффект— испусканиеэлектроноввеществом под действиемсвета(или любого другогоэлектромагнитного излучения). В конденсированных (твёрдых и жидких)веществахвыделяют внешний и внутренний фотоэффект.

Законы Столетова для фотоэффекта:

Формулировка 1-го закона фотоэффекта:Сила фототока прямо пропорциональна плотности светового потока.

Согласно 2-му закону фотоэффекта,максимальная кинетическая энергия вырываемых светом электронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности.

3-й закон фотоэффекта:для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, то есть минимальная частота света (или максимальная длина волныλ₀), при которой ещё возможен фотоэффект, и если , то фотоэффект уже не происходит.

8) ра́сная» грани́ца фотоэффе́кта—минимальнаячастотаили максимальнаядлина волнысвета, при которой ещё возможенвнешний фотоэффект, то есть конечнаякинетическая энергияфотоэлектроновменьше нуля. Частотазависит только отработы выходаэлектрона:

Внешний фотоэффект хорошо объясняется квантовой теорией. Согласно этой теории, электрон получает сразу целиком всю энергию фотона =hv, которая расходуется на совершение работы выхода электрона из вещества (катода) и на сообщение электрону кинетической энергии:

.(7)

Это уравнение называется уравнением Эйнштейна для внешнего фотоэффекта

9) Фото́н(отдр.-греч.φῶς,род. пад.φωτός, «свет») —элементарная частица,квантэлектромагнитного излучения(в узком смысле —света). Этобезмассовая частица, способная существовать в вакууме только двигаясь соскоростью света.Электрический зарядфотона такжеравен нулю. Фотон может находиться только в двух спиновых состояниях с проекциейспинана направление движения (спиральностью) ±1. В физике фотоны обозначаются буквой γ.

Корпускуля́рно-волново́й дуали́зм(илиКва́нтово-волново́й дуали́зм) —принцип, согласно которому любой физический объект может быть описан как с использованием математического аппарата, основанного наволновых уравнениях, так и с помощью формализма, основанного на представлении об объекте как частице или системе частиц. В частности, волновоеуравнение Шрёдингеране накладывает ограничений на массу описываемых им частиц, и следовательно, любой частице, как микро-, так и макро-, может быть поставлена в соответствиеволна де Бройля. В этом смысле любой объект может проявлять какволновые, так икорпускулярныесвойства^[1].

4)Абсолютно черное тело- это тело, для которого поглощательная способность тождественно равна единице для всех частот или длин волн и для любой температуры, т.е.:

Из определения абсолютно черного тела следует, что оно должно поглощать все падающее на него излучение.

Понятие "абсолютно черное тело" - это модельное понятие. В природе абсолютно черных тел не существует, но можно создать устройство, являющееся хорошим приближением к абсолютно черному телу - модель абсолютно черного тела.

Модель абсолютно черного тела- это замкнутая полость с маленьким, по сравнению с ее размерами, отверстием (рис. 1.2). Полость изготавливают из материала, достаточно хорошо поглощающего излучение. Излучение, попавшее в отверстие, прежде чем выйти из отверстия, многократно отражается от внутренней поверхности полости.

 При каждом отражении часть энергии поглощается, в результате из отверстия выходит отраженный поток dФ", являющийся очень малой частью попавшего в него потока излученияdФ. В результате поглощательная способностьотверстия в полостибудет близка к единице.

Закон излучения Кирхгофа — физический закон, установленный немецким физиком Кирхгофом в 1859 году.

В современной формулировке закон звучит следующим образом:

Отношение излучательной способности любого тела к его поглощательной способности одинаково для всех тел при данной температуре для данной частоты и не зависит от их формы и химической природы.

Известно, что при падении электромагнитного излучения на некоторое тело часть его отражается, часть поглощается и часть может пропускаться. Доля поглощаемого излучения на данной частоте называется поглощательной способностью тела . С другой стороны, каждое нагретое телоизлучает энергию по некоторому закону , именуемымизлучательной способностью тела.

Величины имогут сильно меняться при переходе от одного тела к другому, однако согласно закону излучения Кирхгофа отношение испускательной и поглощательной способностей не зависит от природы тела и является универсальной функцией частоты (длины волны) и температуры:

10) Во́лны де Бро́йля — волны вероятности (или волны амплитуды вероятности^[1]), определяющие плотность вероятности обнаружения объекта в заданной точке конфигурационного пространства. В соответствии с принятой терминологией говорят, что волны де Бройля связаны с любыми частицами и отражают их волновую природу.

Гипотеза де Бройля объясняет ряд экспериментов, необъяснимых в рамках классической физики^[3]:

• Опыт Дэвиссона — Джермера по дифракции электронов на кристаллах никеля.

• Опыт Дж. П. Томсона по дифракции электронов на металлической фольге.

• Эффект Рамзауэра аномального уменьшения сечения рассеяния электронов малых энергий атомами аргона.

• Дифракция нейтронов на кристаллах (опыты Г. Хальбана, П. Прайсверка и Д. Митчелла).

Первое эксперим. подтверждение гипотезы де Бройля получено в 1927 в опытах К. Дэвиссона (С. Davisson) и Л. Джермера (L. Germer). Пучок электроновускорялся в электрич. поле с разностью потенциалов 100-150 В (энергия таких электронов 100-150 эВ, что соответствует) и падал на кристалл никеля, играющий роль пространственнойдифракц. решётки. Было установлено, что электроны дифрагируют на кристалле, причём именно так, как должно быть для волн, длина к-рых определяется соотношением де Бройля. Волновые свойства электронов, нейтронов и др. частиц, а также атомов и молекул не только надёжно доказаны прямыми опытами, но и широко используются в установках с высокой разрешающей способностью, так что можно говорить об инженерном использовании В. де Б. (см.Дифракция частиц).

Подтверждённая на опыте идея де Бройля о корпускулярно-волновом дуализме микрочастиц принципиально изменила представления об облике микромира. Поскольку всем микрообъектам (по традиции за ними сохраняется термин "частицы") присущи и корпускулярные и волновые свойства, то, очевидно, любую из этих "частиц" нельзя считать ни частицей, ни волной в классич. понимании этих слов. Возникла потребность в такой теории, в к-рой волновые и корпускулярные свойства материи выступали бы не как исключающие, а как взаимно дополняющие друг друга. В основу такой теории - волновой, или квантовой, механики - и легла концепция де Бройля, уточнение к-рой привело к вероятностной интерпретации В. де Б. В 1926 M. Борн (M. Born) высказал идею о том, что волновым законам подчиняется величина, описывающая состояние частицы. Она была названа волновой функцией. Квадрат модуляопределяет вероятность нахождения частицы в разл. точках пространства в разные моменты времени. Волновая ф-ция свободно движущейся частицы с точно заданным импульсом и является В. де Б.; в частном случае движения вдоль осихона имеет видплоской волны:

(где t- время,). В этом случае=const, т. е. вероятность обнаружить частицу во всех точках одинакова.

6) Проблема фотоэффекта

Проблема,как и в случае с излучением абсолютно черного тела, состояла в том, чтотеоретические предсказания, сделанные для фотоэффекта на основе классической физики (электродинамики Максвелла), противоречили результатам опытов.Интенсивность светаIв классической электродинамике является плотностью потока энергии световой волны. Во-первых,с этой точки зрения, энергия, передаваемая световой волной электрону, должна быть пропорциональна интенсивности света. Опыт  не подтверждает это предсказание. Во-вторых,в классической электродинамике нет никаких объяснений прямой пропорциональности кинетической энергии электронов, (mv²_max)/2, частоте света v.

Вольт-амперная характеристика установки по изучению фотоэффекта позволяет получить информацию об энергии электронов, испускаемых фотокатодом.

Вольт-амперная характеристика - это зависимость фототока iот напряжения между катодом и анодомU. При освещении светом, частотаv которого достаточна для возникновения фотоэффекта, вольт-амперная характеристика имеет  вид графика, изображенного на рис. 3.3:

Из этой характеристики следует, что при некотором положительном напряжении на аноде фототок iдостигает насыщения. При этом все электроны, испущенные фотокатодом в единицу времени, попадают за это же время на анод.