lect6opt (1083141), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Единица светимости — люменSна метр в квадрате (лм/м2).Яркость светящейся поверхности в некотором направлении ϕ естьвеличина, равная отношению силы света I в этомIнаправлении к площади S проекции светящейся поверхностиBϕ =.S cosϕна плоскость, перпендикулярную данному направлению.Единица яркости — кандела на метр в квадрате (кд/м2).Освещенность E — величина, равная отношению светового потока Φ ,падающего на поверхность, к площади S этой поверхности.ΦЕдиница освещенности — люкс (лк): 1лк — освещенностьE= .Sповерхности, на один квадратный метр которой падает световойпоток в 1лм (1лк=1лм/м2).Интерференция света.39. Закон Кирхгофа.Закон Кирхгофа определяет соотношение между испускательной ипоглощательной способностями тел.Отношениеиспускательнойипоглощательнойспособностей тела не зависит от природы тела и является Rν ,T = r .ν ,Tуниверсальной для всех тел функцией частоты и темпе- Aν ,Tратуры rν ,TчДля черного тела Aν ,T ≡ 1 , поэтому универсальная функция Кирхгофа rν ,T есть спектральная плотность энергетической светимости (испускательная способность) черного тела.
Нахождение явной зависимости rν ,T отчастоты и температуры является важной задачей теории теплового излучения.40. Закон Стефана-Больцмана.Энергетическая светимость серого тела (интегральная по ν ):∞∞RTс = ∫ Aν ,T rν ,T dν = AT ∫ rν ,T dν = AT Re ,0∞∫где Re = rν ,T dν —00энергетическая светимость черного тела, которая зависит только оттемпературы.
Эту зависимость описывает экспериментальный закон СтефанаБольцмана: энергетическая светимость черного тела пропорциональначетвертой степени термодинамической температуры:cRe = σT 4где σ = 5,67 ⋅ 10−84(следовательно RT = AT σT ),Вт/(м2·К4) — постоянная Стефана-Больцмана.41. Закон смещения Вина.Закон Стефана-Больцмана ничего не говорит о спектральном составеизлучения черного тела. Положение максимума в спектре его излученияописываетсяэкспериментальнымзакономформуласмещения Вина:РелеяДжинсаλmax , при которойДлинаволныизлучательная способность rλ ,T черного теламаксимальна, обратно пропорциональна еготермодинамической температуре:λmax =b,T7.
Принцип Гюйгенса.Волновая теория света основывается на принципе Гюйгенса: каждаяточка, до которой доходит волна, служит центром вторичных волн, аогибающая этих волн дает положение волнового фронта в следующиймомент времени.Законы отражения и преломления света легко выводятся, используяпринцип Гюйгенса.Пусть на границу раздела двух сред падаетплоская волна (плоскость волны — AB ), распространяющаяся вдоль направления I . Пока фронтпроходит расстояние BC (за время t ), фронт вторичных волн из точки A проходит расстояние AD .42.
Формулы Рэлея-Джинса и Вина.Применяя к тепловому излучению классический закон равнораспределения энергии по степеням свободы Рэлей и Джинс получили выражение длязависимости испускательной способности черного тела rν ,T от частоты света:А.Н.Огурцов. Лекции по физике.Оптикагде b = 2,9 ⋅ 10−3м·К — постоянная Вина.rν ,T =2πν 22πν 2ε=kTc2c2где ε = kT — средняя энергия осциллятора с собственной частотой ν .6–266–7Люминесценцией называется неравновесное излучение, избыточное приданной температуре над тепловым излучением тела и имеющее длительность,большую периода световых колебаний.37.
Тепловое излучение и его характеристики.Тепловое излучение совершается за счет энергии теплового движенияатомов и молекул вещества (внутренней энергии) и свойственно всем телампри температурах выше 0 K . Тепловое излучение равновесно — тело вединицу времени поглощает столько же энергии, сколько и излучает.Количественной характеристикой теплового излучения служит спектральная плотность энергетической светимостиdWνизл,ν + dν(испускательная способность) тела Rν ,T — мощность Rν ,T =.νdизлучения с единицы площади поверхности тела в интеризлвале частот единичной ширины.
( dWν ,ν + dν — энергия электромагнитного излу-чения, испускаемого за 1с (мощность излучения) с площади 1м2 поверхноститела в интервале частот от ν до ν + dν ). Её единица — джоуль на метр вквадрате. Испускательную способность можно представить в виде функциидлины волны: т.к. λ =c, тоνRν ,T = Rλ ,T∞RT = ∫ Rν ,T dν0Способность тел поглощать падающее на них излучение характеризуется спектральной поглощательнойспособностью Aν ,T , показывающей, какая доля энергииAν ,T =dWνпогл,ν + dνdWν ,ν + dv.dWν ,ν + dν , приносимой за единицу времени на единицу площади тела падаюдо ν + dν ,щими на нее электромагнитными волнами с частотами от νпоглощается телом.38.
Абсолютно черное тело.Тело, способное поглощать при любой температуре всё падающее на негоизлучение любой частоты называется абсолютно черным телом.Спектральная поглощательная способность черноготела для всех частот и температур тождественно равначединице: Aν ,T ≡ 1 . Абсолютно черных тел в природе нет,однако такие тела, как сажа и черный бархат вопределенном интервале частот близки к ним.Идеальной моделью черного тела является замкнутаяполость с небольшим отверстием O , внутренняяповерхность которой зачернена. Луч, попавший внутрь такой полости,полностью поглощается.Наряду с понятием черного тела используют понятие серого тела —тела, поглощательная способность которого меньше единицы, но одинаковадля всех частот и зависит только от температуры, материала и состоянияповерхности тела:Aνс,T= AT = const < 1 .А.Н.Огурцов.
Лекции по физике.AD = υ 2 t . Из соотношения—AC = BC sin i1 = AD sin i2 следуетsin i1 υ1 c n1 n2==== n21sin i2 υ 2 c n2 n1преломленной8. Когерентность.Когерентностью называется согласованное протекание во времени ипространстве нескольких колебательных или волновых процессов.Монохроматические волны — неограниченные в пространстве волныодной определенной и постоянной частоты — являются когерентными.Так как реальные источники не дают строго монохроматического света, товолны излучаемые любыми независимыми источниками света всегданекогерентны.
В источнике свет излучается атомами, каждый из которых−8λ2dλ= Rλ ,T.dνcИнтегральная по ν энергетическая светимость:При отражении: ∆ABC = ∆ADC , следовательно i1′ = i1 .При преломлении: за время t фронт падающейволны проходит расстояние BC = υ1t , а фронтиспускает свет лишь в течение времени ≈ 10 с. Только в течение этоговремени волны, испускаемые атомом имеют постоянные амплитуду и фазуколебаний.Немонохроматический свет можно представить в виде совокупностисменяющих друг друга коротких гармонических импульсов излучаемых атомами— волновых цугов.Средняя продолжительность одного цуга τ ког называется временемкогерентности.Если волна распространяется в однородной среде, то фаза колебаний вопределенной точке пространства сохраняется только в течение временикогерентности. За это время волна распространяется в вакууме на расстояниеlког = cτ ког , называемое длиной когерентности (или длиной цуга).
Поэтомунаблюдение интерференции света возможно лишь при оптических разностяххода, меньших длины когерентности для используемого источника света.Временнаякогерентность—это,определяемаястепеньюмонохроматичности волн, когерентность колебаний, которые совершаются водной и той же точке пространства. Временная когерентность существует дотех пор, пока разброс фаз в волне в данной точке не достигнет π .Длина когерентности — расстояние, на которое перемещается волназа время когерентности.В плоскости, перпендикулярной направлению распространения цуга волн,случайные изменения разности фаз между двумя точками увеличивается сувеличением расстояния между ними. Пространственная когерентность— когерентность колебаний в один и тот же момент времени, но в разныхточках такой плоскости — теряется, если разброс фаз в этих точкахДлинапространственнойкогерентности(радиусдостигает π .когерентности):rког ~λ,∆ϕгде λ — длина волны, ∆ϕ — разность фаз.Источники должны быть пространственно когерентными, чтобы возможнобыло наблюдать интерференцию излучаемых ими световых волн.Оптика6–86–259.
Интерференция света.Интерференция света — сложение в пространстве двух или несколькихкогерентных световых волн, при котором в разных его точках получаетсяусиление или ослабление амплитуды результирующей волны.Пусть в данной точке M две монохроматические волны с циклическойчастотой ω возбуждают два колебания, причем до точки M одна волнапрошла в среде с показателем преломления n1 путь s1 с фазовой скоростьюυ1 , а вторая — в среде n2 путь s2 с фазовой скоростью υ 2 :s s x1 = A1 cosω t − 1 , x2 = A2 cosω t − 2 υ1 υ2 222Амплитуда результирующего колебания: A = A1 + A2 + 2 A1 A2 cos δ .2Интенсивность результирующей волны ( I ~ A ) :I = I1 + I 2 + 2 I1 I 2 cos δРазность фаз δ колебаний, возбуждаемых в точке M , равнаs ss s ω2πν(L2 − L1 ) = 2π ∆δ = ω 2 − 1 = ω 2 − 1 = (s2 n2 − s1n1 ) =υυλ0cncncc 2121(Использовали: υ = c n ; ω = 2πν ; c ν = λ0 — длина волны в вакууме).Произведение геометрической длины пути s световой волны в даннойсреде на показатель преломления этой среды n называется оптическойдлиной пути L = s ⋅ n .Разность ∆ = L2 − L1 = s 2 n2 − s1n1 оптических длин проходимых волнамипутей называется оптической разностью хода.Условие интерференционного максимума:Если оптическая разность хода ∆ равна целому числу длин волн ввакууме (четному числу полуволн)λ∆ = ± mλ0 = ±2m 02(m = 0, 1, 2,K) ,то δ = ±2mπ и колебания, возбуждаемые в точке M , будут происходитьв одинаковой фазе.Условие интерференционного минимума.Если оптическая разность хода ∆ равна нечетному числу полуволн∆ = ± (2m + 1)λ02(m = 0, 1, 2,K) ,то δ = ± ( 2m + 1)π и колебания, возбуждаемые в точкепроисходить в противофазе.M , будут10.
Методы наблюдения интерференции.До изобретения лазеров, во всех приборах когерентные световые пучкиполучали разделением волны, излучаемой одним источником, на две части,которые после прохождения разных оптических путей накладывали друг надруга и наблюдали интерференционную картину.А.Н.Огурцов. Лекции по физике.35. Вращение плоскости поляризации.Некоторые вещества (например, кварц, сахар, скипидар), называемыеоптически активными, обладают способностью вращать плоскостьполяризации. Угол поворота плоскости поляризации ϕ = α ⋅ d , где d —толщина слоя вещества, α — удельное вращение — угол поворота плоскостиполяризации слоем оптически активного вещества единичной толщины.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
