🗊Презентация Квантовая оптика. Тепловое излучение

Корпускулярно-волновой дуализм ЭМИ Волновые свойства: частота , длина волны . ~ Интерференция ~ Дифракция ~ Поляризация Корпускулярные свойства: энергия Е, импульс р. Дискретные спектры излучения атомов Тепловое излучение Фотоэффект Эффект Комптона Коротковолновая граница рентгеновского излучения Квантовая гипотеза Планка

Взаимодействие света с веществом

Виды излучений Излуче́ние - процесс испускания и распространения энергии в виде волн и частиц. Излучение телами электромагнитных волн (свечение тел) может осуществляться за счет различных видов энергии. Самым распространенным является тепловое излучение, т. е. испускание электромагнитных волн за счет внутренней энергии тел. Все остальные виды свечения, возбуждаемые за счет любого вида энергии, кроме внутренней (тепловой), объединяются под общим названием «люминесценция». Люминесценция - излучение (свечение) тел, возникающее при различных внешних воздействиях: Хемилюминесценция Фотолюминесценция Электролюминесценция Катодолюминесценция Биолюминесценция

Хемилюминесценция – процессы излучения, сопровождающие химические превращения внутри тела (свечение гниющего дерева, свечение фосфора, медленно окисляющегося на воздухе) Хемилюминесценция – процессы излучения, сопровождающие химические превращения внутри тела (свечение гниющего дерева, свечение фосфора, медленно окисляющегося на воздухе)

Тепловое излучение имеет непрерывный спектр. Тепловое излучение имеет непрерывный спектр. Распределение энергии излучения тела по спектру зависит от температуры тела. Для всех тел с увеличением температуры максимум энергии излучения смещается в коротковолновый участок спектра, а общая энергия излучения возрастает. Излучение батареи центрального отопления (T ≈ 350 К) имеет пик энергии в диапазоне невидимого инфракрасного излучения. Поверхность Солнца (T ≈ 6 000 К) излучает энергию в диапазоне видимого света. При ядерном взрыве (T ≈ 1 000 000 К) большая доля энергии взрыва уносится коротковолновым рентгеновским и гамма-излучением.

Равновесное тепловое излучение

Абсолютно чёрное тело (АЧТ), его характеристика.

Законы излучения абсолютно чёрного тела

Закон Стефана-Больцмана Стефан (1879), анализируя экспериментальные данные, пришел к выводу, что энергетическая светимость любого тела пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры. Больцман (1884), исходя из термодинамических соображений, получил для энергетической светимости абсолютно черного тЭнергетическая светимость АЧТ пропорциональна четвертой степени термодинамической температуры

Закон смещения Вина (1893)

Закон смещения Вина или Первый Закон Вина: Длина волны, на которую приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела, обратно пропорциональна абсолютной температуре: где - постоянная Вина.

Первый Закон Вина

Внешний фотоэффект

Фотоэффект (1886-1887)

Законы Столетова для фотоэффекта

Формула Релея-Джинса. Гипотеза Планка. Формула Планка

Формулы Релея–Джинса и Планка Квантовая гипотеза Планка (1900): свет испускается в виде отдельных порций – квантов, энергия кванта

Гипотеза Планка. Формула Планка

Гипотеза и формула Планка Гипотеза Планка: Электромагнитное излучение испускается телами не непрерывно, а в виде отдельных порций энергии (квантов), величина которых где - постоянная Планка; - постоянная Планка с чертой

Связь формулы Планка с классическими законами теплового излучения 1) При , (область малых частот) формула Планка переходит в формулу Рэлея-Джинса 2) При , (область высоких частот) формула Планка переходит в формулу Вина

3) Для энергетической светимости абсолютно черного тела: 3) Для энергетической светимости абсолютно черного тела: формула Планка приводит к закону Стефана-Больцмана Здесь - постоянная Стефана-Больцмана 4) Исследование формулы Планка на экстремум откуда получаем закон смещения Вина

Заключение Гипотеза Планка о квантах нарушила "незыблемое" правило классической физики о том, что любая физическая величина, в том числе и энергия, изменяется непрерывным образом, и за бесконечно малый промежуток времени ее изменение всегда бесконечно мало. Эта гипотеза оказала огромное влияние на последующее развитие физики. Именно развитие гипотезы Планка о квантах, высказанной в начале  столетия, привело к появлению квантовой механики - современной физической теории, в которой идея квантования или дискретности распространяется на различные физические величины, характеризующие состояние системы. В этом смысле 1900 г. можно назвать годом рождения квантовой физики, которая за последующие сто лет бурно развивалась и позволила физикам создать законченную и непротиворечивую картину микромира на уровне атомных явлений. На первом этапе с помощью гипотезы о квантовании энергии излучения Планку удалось дать исчерпывающее теоретическое описание равновесного теплового излучения, сняв все противоречия классической теории.

Квантовые свойства электромагнитного излучения

Корпускулярно- волновой дуализм электромагнитного излучения