Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Световые волны, испускаемые обычными источниками света (например, лампочкой накаливания), не поляризованы. Это означает, что колебания векторов и происходят по всевозможным направлениям в поперечной плоскости. Такой свет называют естественным.

Некоторые источники (лазеры) могут испускать поляризованный свет. В таком свете колебания электрического и магнитного полей происходят не по всем направлениям, а только в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Такой свет называют линейно-поляризо­ванным (или плоско-поляризованным).

Существуют различные оптические устройства, с помощью которых неполяризованный свет можно превратить в поляризованный, их называют поляроидами. Поляроиды применяются для получения поляризованного света и его анализа (поляризаторы и анализаторы).

Если естественный свет интенсивностью I_ест проходит через два последовательно установленных поляроида, то интенсивность прошедшего света (I) зависит от угла между между оптическими осями поляроидов:

.

Если поляризованный свет проходит через поляроид, то интенсивность прошедшего света (I) также зависит от угла между направлением поляризации падающего света и оптической осью поляроида:

,

где I₀ – интенсивность падающего поляризованного света. Это соотношение называют законом Малюса.

Если естественный свет падает на границу раздела двух диэлектриков, то отраженный и преломленный лучи частично поляризованы. Степень поляризации зависит от угла падения лучей и показателей преломления (n₁, n₂) диэлектриков. При падении света под определенным углом i_B (угол Брюстера) отраженный луч является полностью поляризованным, при этом отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны. Угол Брюстера вычисляется следующим образом:

.

Тепловое излучение

Тепловое излучение – электромагнитное излучение тела, обусловленное возбуждением атомов или молекул тела вследствие их теплового движения.

Основные характеристики теплового излучения

Энергетическая светимость (интегральная лучеиспускательная способность) R_э – это величина, равная потоку излучения Ф, испускаемому единицей поверхности тела во всех направлениях при абсолютной температуре Т:

R_э (Т) = Ф/S,

где S – полная поверхность тела.

Тепловое излучение обладает сплошным спектром с . Практически тепловое излучение занимает диапазон от сантиметровых волн до ультрафиолетового излучения.

Распределение энергии в спектре излучения описывается спектральной плотностью энергетической светимости r(, Т), ее еще называют лучеиспускательной способностью (или коэффициентом монохроматического излучения). Она определяется энергетической светимостью dR_э, испускаемой в узком спектральном интервале частот d:

r(, Т) = dR_э (Т)/d.

Спектральная плотность энергетической светимости является функцией частоты  (или длины волны λ) и температуры Т.

Энергетическую светимость можно выразить через спектральную плотность энергетической светимости:

.

Спектральной характеристикой поглощения является лучепоглощательная способность А(, Т) (коэффициент монохроматического поглощения), равная отношению потока излучения dФ в узком спектральном интервале частот от  до  + d, поглощенного единицей поверхности тела, к потоку излучения dФ, падающего на единицу поверхности тела в этом же интервале частот:

А(, Т) = dФ/dФ.

Если тело поглощает все падающее на него излучение (во всем интервале частот и при любой температуре), т. е. А(, Т)  1, то такое тело называется абсолютно чёрным. Если А(, Т)  1 и не зависит от , то тело называется серым.

Закон Кирхгофа

Отношение лучеиспускательной способности тела к его лучепоглощательной способности не зависит от природы тела и является универсальной функцией длины волны  (или частоты ) и температуры Т:

,

где f (, Т) – функция Кирхгофа.

Для абсолютно черного тела:

,

где с – скорость света, h – постоянная Планка, k – постоянная Больцмана.

Приведенное выше соотношение называется формулой Планка.

В области больших длин волн функция Кирхгофа достаточно точно описывается формулой Релея–Джинса:

.

Законы Вина

Лучеиспускательная способность тела зависит от температуры. Первый закон Вина говорит о том, что с ростом температуры тела максимум лучеиспускательной способности смещается в более коротковолновую область, т. е.

,

где c₁= 2,9 ∙10^–3 м∙К – постоянная Вина, – длина волны, на которую приходится максимум лучеиспускательной способности тела.

Второй закон Вина говорит о том, что максимум лучеиспускательной способности тела пропорционален температуре в пятой степени:

, с₂ = 1,29 · 10^–5 Вт · м^–3 · К^–5.

Закон Стефана–Больцмана

Для абсолютно черного тела

,

где = 5,67 · 10^–8 Дж/с · м² · К⁴ – постоянная Стефана–Больцмана.

Энергетическая светимость реальных тел всегда меньше энергетической светимости абсолютно черного тела . Отношение называется степенью черноты _Т тела. Таким образом, для реальных тел:

.

В общем случае _Т может зависеть от температуры. Несложно показать, что степень черноты серого тела совпадает с его лучепоглощательной способностью, т. е. _Т = А(Т).

Пирометры

Законы теплового излучения используются в оптических методах измерения высоких температур. О температуре тела судят по его излучению. Приборы, применяемые для этой цели, называются пирометрами излучения. Они бывают двух типов – радиационные и оптические. Первые регистрируют энергетическую светимость нагретого тела, вторые – его излучение в каком-либо одном или двух узких участках спектра.

С помощью радиационного пирометра можно измерить радиационную температуру Т_р, т. е. такую температуру абсолютно черного тела, при которой его энергетическая светимость R_э(Т_р) равна энергетической светимости исследуемого тела R_э(Т). Для нахождения истинной температуры Т тела необходимо знать его степень черноты _Т:

,

отсюда .

Так как _Т  1, то Т  Т_р.

С помощью оптического пирометра можно определить яркостную температуру Т_я исследуемого тела, т. е. такую температуру абсолютно черного тела, при которой его лучеиспускательная способность равна лучеиспускательной способности исследуемого тела для монохроматического света с длиной волны ₀, т. е.

f(₀, Т_я) = r(₀, Т).

Из закона Кирхгофа следует:

f(₀, Т_я) = r(₀, Т) = А(₀, Т) f(₀, Т),

А(₀, Т) = f(₀, Т_я)/ f(₀, Т).

Так как А(₀, Т)  1, то f(₀, Т_я)  f(₀, Т), следовательно, Т_я  Т.

Для определения истинной температуры Т необходимо знать величину коэффициента монохроматического поглощения А(₀, Т):

.

В тепловой радиолокации обычно используется коэффициент отражения , который связан с коэффициентом поглощения соотношением  = 1 – А.

Пример. Начальная температура Т₁ абсолютно черного тела за время t линейно уменьшилась до Т₂. Какое количество энергии излучилось за это время (t)? Площадь тела равна S.

Решение. Мощность P – это скорость изменения энергии Е,

,

отсюда следует

.

По условию задачи температура изменяется линейно, следовательно: Т = ct + T₁, где с = (Т₂ – Т₁)/ t = Т/t. Подставляя под интеграл выражение для Т и интегрируя, получаем:

Фотоэффект

Фотоэффект – это испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения.

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта

,

где – энергия фотонов, падающих на поверхность катода; А – работа выхода; Т_max – максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов.

Для того чтобы фотоэлектроны не могли достигнуть анода (фототок равен нулю), необходимо приложить задерживающее напряжение U₀:

.

Кинетическая энергия электронов рассчитывается в зависимости от скорости фотоэлектрона либо по классической формуле

,

либо по релятивистской

.

Скорость фотоэлектрона определяется энергией падающего фотона. Если энергия падающего фотона 0,51 МэВ, то применяется классическая формула. Если же энергия падающего фотона сравнима с энергией покоя электрона = 0,51 МэВ ( – масса покоя электрона), то применяется релятивистская формула.

Работы выхода для некоторых металлов приведены в табл. 1

Таблица 1

Металл	Работа выхода
	Дж ∙ 10–19	эВ
Калий	3,5	2,2
Литий	3,7	2,3
Платина	10	6,3
Рубидий	3,4	2,1
Серебро	7,5	4,7
Цезий	3,2	2,0
Цинк	6,4	4,0

Пример. Определить максимальную скорость фотоэлектронов, вырываемых с поверхности серебра излучением с длиной волны λ = 0,2 мкм.

Характеристики

Список файлов книги