yavor2 (553175), страница 38
Текст из файла (страница 38)
Разрушение некоторой части фотоснимка означает потерю соответствующей информации. В голограмме каждый участок содержит информацию о всей картине, поэтому изображение, полученное даже от небольшой части голограммы, дает полное и правильное представление о предмете, хотя и менее яркое и менее четкое. Зто аналогично тому, что можно, пользуясь небольшим осколком линзы, получить такое же изображение, как и с целой линзой, хотя и несколько худшего качества. Отсюда следует, что как хранитель информации голограмма во много раз надежнее обычной фотографии. б) Голограмму характеризует значительно ббльшая емкость информации по сравнению с фотоснимком.
Так, если на листке фотобумаги или на фотопленке размером бх9 мм можно поместить одну страницу печатного текста, то на этой же площади можно, в зависимости от качества эмульсии, записать от 100 до 300 голограмм. В настоящее время, при резком росте объема печатной продукции, проблема компактных хранилищ информации становится острой и в будущем станет еще острее. Голографнрование позволяет решить эту проблему. 187 в) С помощью голографии можно решить проблему создания стереоскопического цветного кино и телевидения. г) Если длина волны Х', которая служит для восстановления изображения, больше длины волны Х, с помощью которой получена голограмма, то изображение будет больше предмета в отношении Х'й.
Это позволяет повысить увеличение и разрешающую силу микроскопа во много раз. Но такой микроскоп пока еще — дело будущего. Заметим, что и здесь есть предел: длина волны Х' восстанавливающего пучка должна быть в несколько раз меньше расстояния между интерференционными полосами. В противном случае эмульсия окажется для этой волны оптически однородной средой Я 62.8), и голографический эффект исчезнет. д) Значительный интерес представляет акустическая голография.
Когерентные звуковые волны получить очень легко, а звук (или ультразвук) хорошо распространяется в жидкостях или твердых телах. Поэтому легко получить трехмерную акустическую голограмму непрозрачных предметов. Восстановив затем изображение в видимом свете, мы получим возможность увидеть внутреннее строение этих тел, например, структуру металлического стержня, бетонной балки или внутренности организма. Как для техники, так и для медицины это представляет колоссальный интерес. Основная трудность, возникающая здесь,— это методы регистрации и фиксирования акустической голограммы.
В настоящее время эффективно исследуются некоторые пути, которые мы здесь не можем рассматривать. 7. Мы остановились лишь на некоторых применениях голографии. Сейчас, по-видимому, далеко еще не все возможности этого метода теоретически раскрыты; еще меньше реализовано на практике. Но можно уверенно прогнозировать весьма широкое применение голографии уже в недалеком будущем. ЧАСТЬ СЕДЬМАЯ ОСНОВЫ КВАНТОВОЙ ФИЗИКИ АТОМОВ, МОЛЕКУЛ И ТВЕРДЫХ ТЕЛ ГЛАВА бг ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ 6 67.1.
Тепловое излучение 1. Все тела, нагретые до высокой температуры, начинают светиться. Если, например, раскалить твердое тело, то оно будет испускать сначала красный свет. Большинство тел при очень сильном нагревании испаряется (или изменяет свой химический состав), но продолжает светиться. Лампы накаливания при нагревании вплоть до 3000 'С испускают желтый свет. Некоторые тела способны испускать при сильном нагревании белый свет. Излучение, испускаемое нагретыми телами, называется тепловым.
Всякое нагретое тело является источником теплового излучения. При этом не следует думать, что тепловое излучение возникает только при высоких температурах. Оно происходит и при комнатной температуре. Разница лишь в том, что по мере понижения температуры уменьшается интенсивность излучения и изменяется его спектральный состав.
При более низкой температуре испускаются в основном красные лучи, длины волн которых составляют 860 нм. Главным же образом испускаются невидимые глазом инфракрасные лучи. На шкале электромагнитных волн (9 61.1) инфракрасные лучи занимают обширный участок от 10' до 1О' нм. 2.
На опыте невидимые инфракрасные лучи обнаруживаются по их тепловому действию. Попадая на какое-либо тело, такие лучи вызывают его нагревание. Рассмотрим следуюший опыт. В фокусе параболического зеркала помещена спираль, разогреваемая током до высокой температуры и испускающая инфракрасные лучи.
Если поместить в фокус другого такого же зеркала кусочек сухой (лучше всего черной) ваты, то она вспыхнет под действием лучей, испускаемых спиралью. На тепловом действии инфракрасных лучей основано выжигание по дереву. 3. Каждое нагретое тело может не только испускать, но и поглощать тепловое излучение. Иначе в опыте, который был рассмотрен, кусочек ваты не мог бы вспыхнуть. Только сильное нагреванне, вызванное поглощением теплового излучения, привело 189 к возгоранию.
Опыты показали, что чем больше тело испускает лучей при некоторой температуре, тем лучше оно поглощает такие же лучи при той же температуре. Иными словами, тела, которые лучше испускают свет, лучше его и поглощают. 4. Для количественной оценки способности каждого тела испускать свет определенной частоты ч е) при некоторой температуре Т вводится особая физическая величина, называемая лучеиспускательной способностью или спектральной светимостью Е„данного тела. Лученспускательной способностью тела называется количество энергии электромагнитного излучения данной частоты испускаемое за единицу времени с единицы площади поверхности тела.
Полная лучеиспускательная способность тела Ет складывается из лучеиспускательных способностей всевозможных частот, испускаемых телом. 5. Характеристикой способности любого тела поглощать энергию падающего на негосвета является поглощательная способность А„т. Поглощательная способность показывает, Рве. 61.1. какая доля энергии, доставляемой за единицу времени на единицу площади поверхности тела падающим на него светом частоты т, поглощается телом. Особенно хорошо поглощают свет черные тела: сажа, бархат, черная бумага. Тело, которое при любой не разрушающей его температуре полностью поглощает всю энергию падающего на него света любой частоты, назьваегся абсолютно чернеем телом.
Для абсолютно черного тела А";гас — — 1. Хорошей моделью, близкой к абсолютно черному телу, является небольшое отверстие в ящике сферической формы (рис. 67.1). Луч света, попадающий через отверстие внутрь ящика, многократно отражается от стенок, прежде чем сможет выйти наружу. При каждом отражении луч света, независимо от материала стенок, частично поглощается.
В результате многократных отражений внутри ящика луч практически будет полностью поглощен и отверстие снаружи кажется совершенно черным. Абсолютно черных тел не существует — это абстракция. Черный бархат, черная бумага близки по оптическим свойствам к абсолютно черному телу.
6. В 1859 г. Кирхгоф установил закон, носящий его имя. Закон Кирхгофа гласит: отношение лучеиспускательной способности тела к его поглощательной способности не зависит от материала тела и равно лучеиспускательной способности абсолютно черного тела для данной чоииоти при данной температуре. *1 Точнее — в вптервале частот от т хо т+ ат. Если обозначить лучеиспускательную способность абсолютно черного тела через а„г, то закон Кирхгофа можно выразить формулой Еът — =г т.
(67.1) А т Поглощательная способность А„г тела не может быть больше единицы. Поэтому лучеиспускательная способность Е, любого тела не может быть больше лучеиспускательной способности е„, абсолютно черного тела прн той же температуре 7'. Абсолютно черное тело является наиболее интенсивным источником теплового излучения. При одной и той же температуре абсолютно черное тело испускает в единицу времени с единицы площади больше энергии электромагнитного излучения, чем любое другое тело.
В этом можно убедиться на простом опыте с сосудом кубической формы, две боковые стороны которого зачернены, а две другие окрашены в белый цвет. Если залить такой куб горячей водой и поставить на одинаковых расстояниях от зачерненных и белых его сторон совершенно одинаковые приемники излучения, то можно убедиться, что при одинаковой температуре черная поверхность излучает больше энергии, чем белая. 9 67.2. Законы излучения абсолютно черного тела 1. В 1884 г. Больцман теоретически доказал, что полная лучеиспускательная способность абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его абсолютной температуры: гг (67.2) Этот закон называется законом Стефана — Больцмана. Экспериментально он был установлен Стефаном в 1879 г.
Коэффициент пропорциональности о называется постоянной Стефана. Для абсолютно черного тела о=5,672 10 ь Вт/(м'К'). Из закона Стефана — Больцмана следует, что излучение абсолютно черного тела определяется только его температурой. При увеличении температуры вдвое энергия, испускаемая абсолютно черным телом за единицу времени с единицы площади его поверхности, увеличивается в 16 раз. 2.
Нагретое тело состоит из колоссального количества атомов, каждый из которых ведет себя подобно вибратору — источнику электромагнитного излучении (8 59.5). Каждый атом — излучатель колеблется с различными частотами. Поэтому излучение нагретого тела содержит всевозможные частоты, а следовательно, и длины волн. Задача о распределении энергии излучения абсолютно черного тела между различными длинами волн, т. е. о спектральном составе излучения, сыграла выдающуюся роль в развитии основных 191 идей современной физики. Ее решение привело к созданию квантовой физики. Распределение энергии излучения абсолютно черного тела по длинам волн было тщательно изучено на опыте.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
