Савельев - Курс общей физики Том 3 - Оптика, Атомная физика, элементарные частицы (934757), страница 39
Текст из файла (страница 39)
1, 5 118). Эти флуктуации приводят к столь интенсивному рассеянию света, что «на просвет» стеклянная ампула с веществом кажется совершенно черной (это явление называется критической опалесцеицней). 2 48. Эффект Вавилова — Черенкова В 1934 г. П. А. Черенков, работавший под руководством С. И. Вавилова, обнаружил особый вид свечения жидкостей под действием у-лучей радия. Вавилов высказал правильное предположение, что источником излучения служат быстрые электроны, создаваемые у-лучами.
Полное теоретическое объяснение этого явления, получавшего название э ф ф е кта Вавилова — Черенков ', ~ в а, было дано в 1937 г. и ~, И. Е. Таммом н И. М. Фран- ком ') ( ! Согласно электромагнитной г теории заряд, движущийся без ускорения, ие излучает элекРис. !53. тромагнитных волн (см. т. П, 5 !14). Однако, как показали Тамм и Франк, это справедливо лишь в том случае, если скорость заряженной частицы о не превышает фазовую скорость с/л электромагнитных волн в той среде, в которой движется частицат). При условии, что скорость заряженной частицы о > с/и, даже двигаясь равномерно, частица будет излучать электромагнитные волны. В действительности излучающая частица теряет энергию, вследствие чего движется с отрицательным ускоренибм.
Но это ускорение является не причиной (как в Ч В !958 г. работа Черенкова, Тамма н Франка была отмечена Нобелевской премией. а) Напомним, что согласно теории относительности скорость частипы ие может пе только превысить, по и Постигнуть значения, равного скорости света в пустоте. 242 случае п(с/и), а следствием излучения. Если бы потеря энергии за счет излучения восполнялась каким-либо способом, то частица, движущаяся равномерно со скоростью и) с)п, все равно была бы источником излучения. В излучении Вавилова — Черенкона преобладают корот«ие волны, поэтому оно имеет голубую окраску. Наиболее характерным свойством этого излучения является то, что оно испускается не по всем направлениям, а лишь вдоль образующих конуса, ось которого совпадает с направлением скорости частицы (рис.
)53). Угол 6 между направлениями распространения излучения и вектором скорости частицы определяется следующим соотношением: (с/л) с созб = — „ Экспериментально наблюдался эффект Вавилова— Черенкова для.электронов, мезонов и протонов, придвижении их в жидких и твердых средах. Эффект Вавилова — Черенкова находит все более широкое применение в экспериментальной технике. В так называемых с ч е т ч и к а х Ч е р е н к о в а световая Вспышка, порождаемая быстродвнжущейся заряженной частицей, превращается с помощью фотоумножителя ') в импульс тока.
Для того чтобы заставить сработать такой счетчик, энергия частицы должна превысить пороговое значение,. определяемое условием: и = с/и. Поэтому черенковские счетчики позволяют не только регистрировать частицы, но и судить об их энергии. Удается даже определить угол Ю между направлением вспышки и скорость частицы, что дает возможность вычислить по формуле (48.!) скорость (а значит и энергию) частицы. ') Фотоумножителем называют электронный умиожитель (см. т. 11, стр. 320), первый электрод ноторого (фотокатод) способен испускать алектроны под деГктвием света. ГЛАВАРИ ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ 9 49.
Тепловое излучение и люмииесценция Энергия, расходуемая светящимся телом на излучение, может пополняться из различных источников. Окисляющнйся на воздухе фосфор светится за счет энергии, выделяемой при химическом превращении. Такой вид свечения называется хемилюминесценцией. Свечение, возникающее при различных видах самостоятельного газового разряда, носит название э л е к т р о л юи н н е с ц е н ц и н. Свечение твердых тел, вызванное бомбардировкой их электронами, называют катодолюминесц'енцией..Непускание телом излучения некоторой характерной для него длины волны Х1 можно вызвать, облучая это тело (нлн облучив предварительно) излучением длины волны Хт,меньшей чем 4.
Такие процессы объединяются под 'названием фотолюминесценции'). Самым распространенным является свечение тел, обусловленное их нагреванием. Этот вид свечения называется тепловым (или темпе рагу р н ы и) излучениемм. Тепловое излучение имеет место при любой температуре, однако при невысоких температурах излучаются практически лишь длинные (инфракрасные) электромагнитные волны.
Окружим излучающее тело непроницаемой оболочкой с идеально отражающей поверхностью (рис. 154). Воздух ') Люминесценциеа называется излучение, избыточное над тепловым излучением тела при данной температуре н имеющее длительность, значительно превосходящую период излучаемых вали. Люмниесцирующие вещества иазываютса люминофорами. а44 из оболочки удалим. Отраженное оболочкой излучение, упав на тело, поглотится им (частично или полностью). Следовательно, будет происходить 'непрерывный обмен энергией между телом и заполняющим оболочку излучением.
Если распределение энергии между телом и излучением остается неизменным для каждой длины волны, состояние системы тело — излучение будет равновесным; Опыт показывает, что единственным видом излучения, которое может находиться в равновесии с излучающими телами, является тепловое излучение. Все остальные виды излучения оказываются неравновесными. Способность теплового излучения находиться в равновесии с излучающими телами обусловлена тем, что его интенсивность возрастает при повышении температуры.
Допустим, что равновесие между телом и излучением (см. рис. 154) нарушено и тело излучает энергии больше, чем поглощает. Р"~ ~з4. Тогда внутренняя энергия тела будет убывать, что приведет к понижению температуры. Это в свою очередь обусловит уменьшение количества излучаеьюй телом энергии.
Температура тела будет понижаться до тех пор, пока количество излучаемой телом энергии не станет равным количеству поглощаемой энергии. Если равновесие нарушится в другую сторону, т. е. количество излучаемой энергии окажется меньше, чем поглощаемой, температура тела будет возрастать до тех пор, пока снова не установится равновесие. Таким абразом, нарушение равновесия в системе тело в излучение вызывает возникновение процессов, восстанавливающих равновесие. Иначе обстоит дело в случае любого из видов люминесценции. Покажем это ва примере хемилюминесценции. Пока протекает обусловливающая излучение химическая реакция, излучающее тело все больше и больше удаляется от первоначального состояния. Поглощение телом излучения не изменит направления реакции, а наоборот приведет к более быстрому (вследствие нагревания) протеканию реакции в первоначальном направлении.
Равновесие установится лишь тогда, когда будет израсходован весь запас реагирующих веществигвечение, 245 обусловленное химическими процессами, заменится тепловым излучением. Итак, из всех видов излучения расновесным может быть только тепловое излучение. К равновесным состояниям и процессам применимы законы термодинамики. Следовательно, и тепловое излучение должно подчиняться некоторым общим закономерностям, вытекающим из принципов термодинамики. К рассмотрению этих закономерностей мы н перейдем.
й 50. Закон Кирхгофа Для характеристики теплового излучения мы будем пользоваться величиной потока энергии, измеряемой в ваттах (напомннм, что световой поток связан с потоком энергии через функцию видности; см. $ 5). Поток энергии, испускаемый единицей повсрхности излучающего тела по всем направлениям (в пределах телесного угла 2п), называют энергетической свети мо сть ю тела гс, (ср.
с величиной (6.8)). Излучение состоит из волн различных частот со') (или длин Х). Обозначим поток энергии, испускаемый единицей поверхности тела в интервале частот г(га, через д)г„ (чтобы не усложнять обозначений, мы опустили индекс чэ» при гс). Прн малой величине интервала Ао поток с()с будет пропорционален й»: с()с = го с(от. (50.1) Йаг = ) сИот = ~ гаг г(ат а (50.2) ') Вместо обычной частоты ч удобнее ноаьзоаатьса кругааой частотой ы, Величина г„называется испускательной способностьють ю тела.
Опыт показывает, что испускательная способность сильно зависит от температуры тела. Таким образом, г„ есть функция частоты и температуры. Соответственно и энергетическая светимость является функцией температуры. Зная нспускательную способность, можно вычислить энергетическую светимостьс (чтобы подчеркнуть, что энергетическая светимость и испускательная способность зависят от температуры, мы их снабдили индексом «Т»).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
