Испускательная способность и поглощательная

Испускательная способность тела rλ,Т численно равна энергии тела dWλ, излучаемой телом c единицы поверхности тела, за единицу времени при температуре тела Т, в диапазоне длин волн от λ до λ+dλ, т.е. r dW Std Вт м λ T λ λ , = , . 3 (2) Эту величину называют также спектральной плотностью энергетической светимости тела. Энергетическая светимость связана с испускательной способностью формулой R r d T Т = ∞ ∫ λ, λ. 0 (3)

Поглощательная способность тела αλ,T - число, показывающее, какая доля энергии излучения, падающего на поверхность тела, поглощается им в диапазоне длин волн от λ до λ+dλ, т.е. αλ λ λ ,Т погл пад dW dW = . (4)

Методичка

Абсолютно черным телом

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

Законы теплового излучения

в методички начиная с закона кирхгофа

Распределение энергии в спектре абсолютно черного тела

в методичке

Гипотеза Планка. Формула Планка

в методичке

Оптическая пирометрия Оптической пирометрией называют совокупность оптических (бесконтактных) методов измерения температуры. При этом используются законы теплового излучения.

так и опыт столетова

Опыт Боте. Фотоны

Опыт Боте наиболее непосредственно подтверждает гипотезу Эйнштейна о световых квантах.

В этом опыте тонкую металлическую фольгу F устанавливали между двумя быстро действующими счетчиками G₁ и G₂ (рис. 4). Фольгу облучали слабым пучком рентгеновского излучения X, под действием которого она сама становилась источником рентгеновского излучения. Вследствие весьма слабой интенсивности первичного пучка количество квантов, испускаемых фольгой, было достаточно мало.

Если бы энергия этого излучения распространялась в виде сферических волн, то оба счетчика должны были бы срабатывать одновременно. Опыт, однако, показал, что счетчики реагировали совершенно независимо друг от друга, и число совпадений не превышало ожидаемого числа случайных совпадений. Все происходило так, как если бы излучение фольги F распространялось в виде отдельных квантов, которые могли попадать либо в один, либо в другой счетчик.

Это можно объяснить лишь тем, что в отдельных актах испускания возникают кванты излучения, т.е. частицы, летящие то в одном, то в другом направлении. Конечно, была принята предосторожность от того, что в результате первичного облучения фольга испускала и электроны. Для исключения этого окна счетчиков имели такую толщину, чтобы они были способны поглотить эти электроны и исключить их влияние на результаты опыта.

Итак, экспериментально было доказано существование особых электромагнитных квантов, или фотонов, как их впоследствии назвали.

Фотоны. Рассмотренные выше опыты и ряд других со всей убедительностью подтвердили гипотезу Эйнштейна о световых квантах - фотонах.

Свет частоты ω по Эйнштейну - это по существу поток фотонов с энергией . Свет распространяется в вакууме со скоростью с. Значит с такой же скоростью распространяются и фотоны. Согласно теории относительности полная энергия Е любой частицы, движущейся со скоростью v, определяется как

энергия масса и импульс фотона в методички

Фотоэффе́кт или фотоэлектрический эффект — испускание электронов веществом под действием света или любого другого электромагнитного излучения. В конденсированных (твёрдых и жидких) веществах выделяют внешний и внутренний фотоэффект.

Законы внешнего фотоэффекта:

Формулировка 1-го закона фотоэффекта (закона Столетова): Сила фототока насыщения прямо пропорциональна интенсивности светового излучения.

Согласно 2-му закону фотоэффекта, максимальная кинетическая энергия вырываемых светом электронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности.

3-й закон фотоэффекта: для каждого вещества при определенном состоянии его поверхности существует граничная частота света, ниже которой фотоэффект не наблюдается. Эта частота и соответствующая длина волны называется красной границей фотоэффекта

Эффект Комптона

в методичке и википедии

1. Тормозное (белое) рентгеновское излучение

2. Электромагнитное излучение может образоваться в результате непосредственного превращения механической энергии в энергию электромагнитного поля. Примером такого преобразования является рентгеновское излучение.

1. Рентгеновским излучением называется электромагнитное излучение в диапазоне длин волн от 10^-14 до 10^-7 м.

2. Тормозное (белое) рентгеновское излучение возникает в результате торможения летящего электрона в веществе.

1. В процессе торможения электрон может как потерять свою кинетическую энергию сразу целиком (что бывает исключительно редко), так и отдавать ее по частям.

2. Потеря кинетической энергии сопровождается испусканием кванта излучения, энергия которого равна величине потерянной энергии.

3.

4. Так как электрон теряет свою энергию по частям, при его торможении возникают кванты излучения с различными длинами волн. Излучение имеет сплошной спектр, ограниченный минимальной длиной волны

где W_k – кинетическая энергия движущегося электрона.

Давление света

в методичке

Атомные спектры

АТОМНЫЕ СПЕКТРЫ - спектры поглощения и испускания свободных или слабо взаимодействующих атомов, возникающие при излучательных квантовых переходах между их уровнями энергии. А. с. наблюдаются для разреженных газов или паров и для плазмы. А. с. линейчатые, т. е. состоят из отд. спектральных линий, каждая из к-рых соответствует переходу между двумя электронными уровнями энергии атома и  и характеризуется значением частоты  поглощаемого и испускаемого эл--магн. излучения; согласно условию частот Бора (см. Атомная физика) . Наряду с частотой, спектральная линия характеризуется волновым числом (с - скорость света) и длиной волны . Частоты спектральных линий выражают в с-1, волновые числа - в см-1, длины волн - в нм и мкм, а также в ангстремах (). В спектроскопии волновые числа также обозначают буквой .

Сериальные формулы

Вопрос о спектрах представляется одним из центральных в современной физике: сюда относятся, например, такие обширные отделы современной физики, как учение о строении атома и молекул, учение об изотопах и др.

Линейчатые спектры состоят из ряда тонких прямых линий, которые могут быть расположены как в видимой, так и в инфракрасной и в ультрафиолетовой частях спектра. В видимой части они представляются светлыми линиями на темном фоне, причем цвет линии одинаков с цветом того места сплошного спектра, которые они занимают.

Линейчатый спектр показывает, что данное вещество испускает лучи не всевозможных длин волн / хотя бы в определенных пределах, но только лучи как бы избранные по каким–то правилам или законам. В течение долгого времени ученые тщетно старались найти какие–либо закономерности в распределении спектральных линий различных элементов, т.е. найти зависимость длины l или частоты n от какого–либо параметра.

Такую зависимость установил в 1885 году Бальмер для спектра водорода. Спектр водорода в видимой части из пяти линий: красной, зеленой, синей, фиолетовой 1 и фиолетовой 2.

Бальмер эмпирически установил, что длина волны спектральных линий водорода с большой точностью определяется формулой:

или n = cR ),

(2)

где R – постоянное число, получившее название постоянной Ридберга

R= 10967758 ; сR = 3,29 × 10¹⁵ 1/сек;

n – целые числа, начиная с 3–х;

l – длина волны;

– получило название в о л н о в о е число ;

n – частота колебаний;

С – скорость распространения света в вакууме.

Подставляя в формулу (2) n = 3 получим значение длины волны для красной линии водорода; при n = 4 – для зеленой; при n = 5 – для синей и т.д.

Ряд спектральных линий, для которых l (или n ) связаны между собой одной формулой, называется серией спектральных линий, а сама формула с е р и а л ь н о й.

Серия водородных линий, определяемых формулой (2), называется серией Бальмера. Она продолжается в ультрафиолетовой части спектра. Всего в ней было найдено 29 линий ( от n=3 до n=31).

Были получены и другие сериальные формулы водородных линий. В общем случае сериальная формула для водорода имеет вид:

или n = сR ( )

(2/)

Известны серии Лаймана при n₁=1, для линий в ультрафиолетовой части спектра. Серия Пашена при n₁ = 3, для линий в инфракрасной части спектра. Известны и другие серии при

n₁ = 4, n₁ = 5, n₁ = 6.

Р. Ридберг показал, что в линейчатых спектрах не только водорода, но и других элементов, наблюдаются спектральные серии, причем частоты n всех линий данной серии удовлетворяют соотношение:

n = Т (n1) – Т (n2)

(3)

где n₁ и n₂ – целые числа, причем n₂ n₁+1. Для данной серии n₁ имеет постоянное значение. Изменение числа n дает все линии данной серии. Функции T (n₁) и T (n₂) называются спектральными т е р м а м и. В. Ритц установил справедливость положения названного комбинационным принципом Ритца: частоты спектральных линий излучения любого атома могут быть представлены в виде разности двух термов; составляя различные комбинации термов можно найти все возможные частоты спектральных линий этого атома. Например, беря разность термов для зеленой и красной линии водорода, получим:

R ( – R ( = R (

первую линию водорода серии Пашена. При неограниченном возрастании n частоты n всех серий спектра сходятся к соответствующим границам. Граничные частоты серии водородного спектра Т (n) = .

Все усилия физиков вывести сериальные формулы из общих законов электромагнитной теории света оказалась безуспешным. Не только вывод формул, но даже простое качественное описание возникновения линейчатых спектров оказалось не под силу старой классической физике, хотя предложенная Резерфордом ядерная модель строения атома и была, в основном, правильной.

постулаты бора

методичка III. Элементы квантовой механики и атомной физики Лекции 9,10. Элементы квантовой механики

Опыт франца герца