- •Часть 2
- •Общие методические указания
- •Указания к самостоятельной работе с учебными пособиями
- •Указания к решению задач
- •Указания к оформлению и выполнению контрольныхработ
- •Раздел 4. Электродинамика
- •Раздел 5. Оптика
- •Раздел 6. Элементы квантовой механики
- •Раздел 7. Элементы физики твердого тела
- •Раздел 8. Элементы ядерной физики и физики элементарных частиц
- •Краткие теоретические сведения и основные формулы электромагнетизм
- •Волновая оптика
- •Интерференция света
- •Дифракция света
- •Поляризация света
- •Квантовая физика
- •Виды оптических излучений.
- •Тепловое излучение и его характеристики.
- •Законы смещения Вина:
- •1. Длина волны, на которую приходится максимум в спектре излучения черного тела, обратно пропорциональна температуре:
- •Закон Рэлея–Джинса. Исходя из представлений статистической физики о равномерном распределении энергии по степеням свободы, Рэлей и Джинс получили формулу:
- •Фотоэффект.
- •Масса и импульс фотона. Единство корпускулярных и волновых свойств света.
- •Давление света.
- •Эффект Комптона.
- •Линейчатые спектры. Боровская теория атома водорода
- •Волновые свойства частиц. Гипотеза де Бройля
- •Принцип неопределенности
- •Волновая функция.
- •Квадрат волновой функции имеет смысл плотности вероятности, т.Е. Определяет вероятность нахождения частицы в единичном объёме в окрестностях точки с координатами X,y,z.
- •Уравнение Шредингера
- •Частица в одномерной прямоугольной потенциальной яме с бесконечно высокими стенками.
- •Атом водорода. Квантовые числа.
- •Принцип Паули
- •Поглощение света веществом. Закон Бугера.
- •Спонтанное и вынужденное излучение
- •Зонная теория твердого тела. Энергетические зоны в кристаллах. Уровень Ферми
- •Уровень Ферми
- •Состав и характеристика атомного ядра
- •Энергия связи
- •Радиоактивность
- •Деление ядер и цепная реакция
- •Ядерный синтез
- •Контрольная работа № 2
Квантовая физика
Квантовая оптика — раздел оптики, занимающийся изучением явлений, в которых проявляются квантовые свойства света.
Виды оптических излучений.
Колебания электрических зарядов, входящих в состав вещества, обусловливают электромагнитное излучение, которое сопровождается потерей энергии веществом.
При рассеянии и отражении света формирование вторичных световых волн и продолжительность излучения веществом происходит за время, сравнимое с периодом световых колебаний.
Если излучение продолжается в течение времени, значительно превышающем период световых колебаний, то возможны два типа излучения: 1)тепловое излучение и 2)люминесценция.
Равновесным состоянием системы «тело-излучение» является состояние, при котором распределение энергии между телом и излучением остается неизменным для каждой длины волны. Единственным видом излучения,которое может находиться в равновесии с излучающим телом, является тепловое излучение — свечение тел, обусловленное нагреванием.
Люминесценцией называется неравновесное излучение, избыточное при данной температуре над тепловым излучением тела и имеющее длительность, большую периода световых колебаний.
Тепловое излучение и его характеристики.
Тепловое излучение происходит за счет внутренней энергии вещества и поэтому свойственно всем телам при любой температуре, отличной от 0 К. Тепловое излучение равновесно — тело в единицу времени поглощает столько же энергии, сколько и излучает. Одной из характеристик теплового излучения являетсяпоток излучения– количество энергии, излучаемое в единицу времени:
(64)
При равномерном излучении энергия излучения за времяравна
(65)
Поток излучения, испускаемого единицей поверхности тела, называется энергетической светимостью тела
(66)
(67)
где S– площадь поверхности излучателя.
Единица энергетической светимости – ватт на квадратный метр (Вт/м2).
Приведенные выше характеристики не учитывают спектрального состава излучения. Это можно сделать, введя понятие спектральной плотности энергетической светимости Она представляет собой долю энергии, излучаемую в единичном интервале длин волн, т. е. спектральная плотность энергетической светимостиявляется отношением энергетической светимости, соответствующей узкому спектральному интервалу, к ширине этого интервала:
(68)
Для данного тела зависит как от длины волны, вблизи которого взят интервалd, так и от абсолютной температурыТтела. Энергетическая светимость тела во всем интервале длин волн (интегральная энергетическая светимость) определяется соотношением:
(69)
Коэффициентом поглощения αназывают величину, равную отношению потока излученияпоглощенного данным телом, к потоку излученияпадающему на это тело:
(70)
Закон Кирхгофа.В состоянии термодинамического равновесия отношение спектральной плотности энергетической светимости к коэффициенту поглощения является величиной постоянной, не зависящей от природы тела:
(71)
Черным телом называют тело, которое при любой температуре поглощает всю энергию падающего на него электромагнитного излучения. Для него при любой длине волны справедливо равенство
Закон Стефана-Больцмана.Энергетическая светимостьчерного тела пропорциональна четвертой степени абсолютной температурыТ:
(72)
где – постоянная Стефана Больцмана. В системе СИ ее численное значение равно