Квантовая оптика. Квантовая теория излучения. Поведение микроскопических тел
Квантовая оптика. Квантовая теория излучения. Поведение микроскопических тел

Поведение микроскопических тел таких, как элементарные частицы, атомы. молекулы имеет существенные особенности и не подчиняется законам классической физики. Для их изучения используется раздел физики, называемый квантовой механикой. Небывалые темпы развития современных технологий стали возможными на базе квантовой физики. Это. например, лазеры, компьютерная техника, современные средства связи, точнейшие измерительные приборы, нозые технологии и т.д. Как и классическая механика, квантовая делится на нерелятизистскую и релятивистскую части в зависимости от скорости движения микрочастиц. Большое значение для понимания квантовой механики имеет хорошее знание таких разделов зысшей математики, как дифференциальные уравнения в частных производных, теория вероятностей. Раздел 1. Квантовая оптика. Квантовая теория излучения В этом разделе изучаются две темы: 1. Законы теплового излучения; 2. Фотоэлектрический эффект. По завершении изучения раздела следует выполнить тренировочный тест № 1. По материалам раздела выполняются задачи 501-520 из контрольной работы № 5. Законы теплового излучения Атомы и молекулы зешеств излучают электромагнитные волны. Причиной электромагнитного излучения язляется ускоренное движение заряженных частиц в электрическом поле (свечение молнии, экранов телевизоров, неоновых ламп н т.д.); возбуждение атомоз при химических реакциях (свечение некоторых насекомых, морских обитателей, гниющего дерева). После снятия возбуждающего фактора электромагнитное излучение прекращается сразу или через некоторое время. Такое излучение тел называется люминесценцией. Причиной ускоренного движения заряженных частиц может быть тепловое движение атомов, присущее веществу в любом состоянии. Электромагнитное излучение, обусловленное возбуждением атомов или молекул тела вследствие их теплового движения, называется тепловым излучением. Тепловое излучение совершается за счет внутренней энергии тела и наблюдается для всех тел при любой температуре, вплоть до абсолютного нуля. Тепловое излучение имеет сплошной спектр, то есть в нём присутствуют волны с различными длинами (частотами), значения которых изменяются непрерывно. При разных температурах изменяется соотношение интенсивностей излучения различных частот. Это видно, например, при нагреве металлической болванки, когда цзет её изменяется от вишнёвого, красного до белого. Тепловое излучение - это единственный вид излучения, который может быть разновесным. Если поместить в полость с отражающими стенками несколько тел с различными температурами и создать вакуум, то через некоторое время температуры всех тел станут одинаковыми. Между телами и электромагнитным излучением в полости устанавливается равновесие, котором}' соответствует определенная температура. Это значение температуры, наряду со сплошным спектром, является важнейшей характеристикой теплового излучения. Интенсивность теплового излучения характеризуют величиной потока энергии, т.е. энергией, излучаемой телом за 1 с Поток энергии, испускаемый единицей поверхности излучаюшего тела по всем направлениям и во всём интервале частот (длин волн), называется интегральной энергетической светимостью тела. В разных частях спектра интенсивность излучения различна. поэтому взодят величин;/, которая называется спектральной плотностью излучения или излучательной способностью: Здесь поток излучения интервале частот. Спектральной плотностью излучения (излучательной способностью) называется мощность электромагнитного излучения с единицы поверхности тела в единичном интервале частот. Излучательная способность тела зависит от температуры и частоты излучения. Формулу (1.3) можно представить в виде функции длины волны X. Учи- (с - скорость света в вакууме), а Интегральная энергетическая светимость тела связана с излучательной способностью (согласно 1.3) формулой Способность тела поглотать излучение характеризуется спектральной поглошательнои способностью. Она показывает, какая часть энергии излучения. падающего на единицу поверхности тела за единицу времени, поглощается и зависит от температуры и от интервата частот По определению не может быть больше единицы. Для тела, полностью поглошающего падаюшее на него излучение всех частот, . Такое тело называется абсолютно чёрным. Еслн то тело называют серым. Абсолютно черных тел з природе не существует. Например, сажа, платиновая чернь имеют поглощательную способность близкую к единице. Однако можно создать модель абсолютно чёрного тела. Это замкнутая полость с малым отверстием . Излучение, попавшее внутрь через отверстие, претерпевает многократные отражения от стенок полости, при этом происходит поглощение части энергии, в результате практически всё излучение поглошается. Этим объясняется чёрный ивет окон, замочной скважины и т.д. Изоирательным поглощением излучения определенных частот объясняются цвета тел и прозрачных пластинок.