АТ_ФИЗ_теормин_ВОПР.doc 17.11.20

Квантовая оптика

1. Что такое испускательная способность тел, в каких единицах она измеряется?

Испускательная способность тела rl_Т численно равна энергии тела dWl, излучаемой телом c единицы поверхности тела, за единицу времени при температуре тела Т, в диапазоне длин волн от l до l+dl, т.е.

r=dWl/Stdλ

единицы измерения Вт/м^3

2. Что такое поглощательная способность тел, в каких единицах она измеряется?

Поглощательная способность тела al,T - число, показывающее, какая доля энергии излучения, падающего на поверхность тела, поглощается им в диапазоне длин волн от l до l+dl, т.е.

Al=dWпогл/ dWпад

Тело, для которого al,T=1 во всем диапазоне длин волн, называется абсолютно черным телом (АЧТ).

Тело, для которого al,T=const<1 во всем диапазоне длин волн называют серым.

3. Сформулируйте теорему Кирхгофа для равновесного излучения.

Отношение спектральной плотности энергетической светимости к спектральной поглощательной способности не зависит от природы тела; оно является для всех тел универсальной функцией частоты (длины волны) и температуры (закон Кирхгофа):

R/al=r

4. Что такое абсолютно черное тело, как его реализовать экспериментально?

Абсолютно чёрное тело — физическая идеализация, применяемая в термодинамике, тело, поглощающее всё падающее на него электромагнитное излучение во всех диапазонах и ничего не отражающее. Несмотря на название, абсолютно чёрное тело само может испускать электромагнитное излучение любой частоты и визуально иметь цвет. Спектр излучения абсолютно чёрного тела определяется только его температурой. Абсолютно чёрных тел в природе не существует (кроме чёрных дыр), поэтому в физике для экспериментов используется модель. Она представляет собой замкнутую полость с небольшим отверстием. Свет, попадающий внутрь сквозь это отверстие, после многократных отражений будет полностью поглощён, и отверстие снаружи будет выглядеть совершенно чёрным. Но при нагревании этой полости у неё появится собственное видимое излучение. Поскольку излучение, испущенное внутренними стенками полости, прежде, чем выйдет (ведь отверстие очень мало), в подавляющей доле случаев претерпит огромное количество новых поглощений и излучений, то можно с уверенностью сказать, что излучение внутри полости находится в термодинамическом равновесии со стенками.

5. Что такое полная энергетическая светимость?

Энергетическая светимость тела RТ, численно равна энергии W, излучаемой телом во всем диапазоне длин волн (0<l<¥) с единицы поверхности тела, в единицу времени, при температуре тела Т, т.е.

Rt=W/St

Ед.изм. Вт/м^2

6. Как связаны полная энергетическая светимость ачт и его температура (закон Стефана-Больцмана)?

Стефана — Больцмана закон излучения, утверждает пропорциональность 4-й степени абсолютной температуры Т объёмной плотности энергии равновесного излучения r (r = аТ4, где а — постоянная) и связанной с ней полной испускательной способности u (u = s T4, где s — Стефана — Больцмана постоянная).

7. Как зависит от температуры длина волны, при которой спектральной плотности испускательной способности ачт имеет максимум (закон смещения Вина)?

Вина закон смещения, закон, утверждающий, что длина волны lмакс, на которую приходится максимум энергии в спектре равновесного излучения, обратно пропорциональна абсолютной температуре Т излучающего тела: lмакс·Т = b, где b — постоянная, равная 0,2897 см·К. В. з. с. показывает, как смещается максимум распределения энергии в спектре излучения абсолютно чёрного тела при изменении температуры. В. з. с. впервые получен В. Вином (1893) на основе термодинамических соображений.

8. Как по формуле Планка зависит от температуры спектральная плотность испускательной способности АЧТ (график)?

9. Что такое спектральная плотность объемной плотности энергии равновесного излучения, в каких единицах она измеряется?

Эту величину вводят по аналогии со спектральной плотностью энергии излучения.

U=dU/dλ

Дж/м^4

10. Как вычислить энергию и импульс светового кванта?

E=hν

p=E/c=h/λ

11. Что такое внешний фотоэффект? Сформулируйте уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта.

Внешним фотоэффектом (фотоэлектронной эмиссией) называется испускание электронов веществом под действием электромагнитных излучений. Электроны, вылетающие из вещества при внешнем фотоэффекте, называются фотоэлектронами, а электрический ток, образуемый ими при упорядоченном движении во внешнем электрическом поле, называется фототоком.

Энергия падающего фотона расходуется на совершение электроном работы выхода А из металла и на сообщение вылетевшему фотоэлектрону кинетической энергии mv2max/2.

12. Что такое тормозное рентгеновское излучение? Как его интенсивность зависит от длины волны?

Тормозное рентгеновское излучение возникает при торможении электронов, движущихся с большой скоростью, электрическими полями атомов анода. Условия торможения отдельных электронов не одинаковы. В результате в энергию рентгеновского излучения переходят различные части их кинетической энергии.

Спектр тормозного рентгеновского излучения не зависит от природы вещества анода. Наименьшая длина волны рентгеновского излучения соответствует максимальной кинетической энергии тормозящихся электронов.

13. Что такое коротковолновая граница спектра рентгеновского тормозного излучения. Как она зависит от энергии электронов?

Согласно классической электродинамике при торможении электрона должны возникать излучения всех длин волн от нуля до бесконечности. Длина волны, на которую приходится максимум мощности излучения, должна уменьшиться по мере увеличения скорости электронов, что в основном подтверждается на опыте (рис. 2.7).

Однако есть принципиальное отличие от классической теории: нулевые распределения мощности не идут к началу координат, а обрываются при конечных значениях – это и есть коротковолновая граница рентгеновского спектра.

Экспериментально установлено, что λmin=12390/U A⁰ =ch/Emax.