Квантовая природа света

Фотон.

Основные свойства фотона
Является частицей электромагнитного поля.
Движется со скоростью света.
Существует только в движении.
Остановить фотон нельзя: он либо движется со скоростью, равной скорости света, либо не существует; следовательно, масса покоя фотона равна нулю.

Давление света

Эффект Пойнтинга — Робертсона
Аберрация света— изменение направления распространения света (излучения) при переходе из одной системы отсчёта к другой.
Пылинка движется по круговой орбите вокруг Солнца.
(а) В системе отсчёта, связанной с пылинкой, в результате аберрации света солнечное излучение слегка наклонено против движения частицы. Если пылинка достаточно мала, можно считать, что её температура постоянна по всей поверхности, поэтому тепловое излучение можно считать изотропным.
(b) В системе отсчёта, связанной с Солнцем, тепловое излучение пылинки анизотропно из-за аберрации и эффекта Доплера.

Сохранение импульса и момента импульса

Эффект Пойнтинга — Робертсона

Излучение атома водорода

Серии излучения атомов водорода
1. Серия Лаймана.
Открыта Т. Лайманом в 1906 году. Все линии серии находятся в ультрафиолетовом диапазоне. Линия Lα = 1216 Å является резонансной линией водорода. Граница серии — 911,8 Å.
2. Серия Бальмера.
Открыта И. Я. Бальмером в 1885 году. Первые четыре линии серии находятся в видимом диапазоне и были известны задолго до Бальмера, который предложил эмпирическую формулу для их длин волн и на её основе предсказал существование других линий этой серии в ультрафиолетовой области. Линия Hα = 6565 Å, граница серии — 3647 Å.

Серии излучения атомов водорода
3. Серия Пашена
Предсказана Ритцем в 1908 году на основе комбинационного принципа. Открыта Ф. Пашеном в том же году. Все линии серии находятся в инфракрасном диапазоне. иния Pα = 18 756 Å, граница серии — 8206 Å.
4. Серия Брэккета
5. Серия Пфунда
6. Серия Хэмпфри
7. Серия Хансена — Стронга

Модель Бора
Атом и атомные системы могут длительно пребывать только в особенных стационарных или квантовых состояниях, каждому из которых соответствует определённая энергия. В стационарном состоянии атом не излучает электромагнитных волн.
Излучение света происходит при переходе электрона из стационарного состояния с большей энергией в стационарное состояние с меньшей энергией. Энергия излучённого фотона равна разности энергий стационарных состояний.

Энергетические уровни атома водорода

Спектр водородоподобного атома

Фотоэффект
Законы внешнего фотоэффекта:
1. Сила фототока насыщения прямо пропорциональна интенсивности светового излучения.
2. Максимальная кинетическая энергия вырываемых светом электронов возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности.
3. Для каждого вещества при определённом состоянии его поверхности существует граничная частота света, ниже которой фотоэффект не наблюдается. Эта частота и соответствующая длина волны называется красной границей фотоэффекта.
Кроме того, фотоэффект обладает свойством практической безынерционности. Он немедленно возникает при освещении поверхности тела, при условии, что частота света выше или равна красной границе фотоэффекта и эффект существует.

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта

Спектры атомов

Спектры молекул

Абсолютно черное тело

Излучательная способность

Закон Вина

Предельные случаи
Приближение Релея-Джинса (малые частоты, большие длины волн)
Формула Вина (большие частоты, малые длины волн)

Туманность Кольцо
Свечение туманности вызывается ультрафиолетовым излучением упомянутого белого карлика, которое ионизует газы туманности — остатки сброшенной атмосферы центральной звезды, бывшего красного гиганта. Зелёный цвет внутренней части туманности обусловлен наличием в спектре её света эмиссионных линий дважды ионизованного кислорода (длина волны 495,7 нм и 500,7 нм). Это «запрещенные линии», которые появляются только в условиях очень малой плотности газа — несколько атомов на см3. Во внешней части кольца красный оттенок вызван отчасти присутствием эмиссионной линии водорода Hα из серии Бальмера (656,3 нм), и отчасти — наличием запрещенных линий ионизованного азота (654,8 нм и 658,3 нм).

Мерцающая туманность
Спектр туманности в диапазоне 4067 — 7421 Å. В левой части спектра видны линии водорода (Hδ, 4102 Å, Hγ, 4341 Å и Hβ, 4861 Å) и две запрещённые линии кислорода ([OIII], 4959 Å и [OIII], 5007 Å), в правой части — линия гелия (HeI, 5876 Å) и линия водорода (Hα, 6563 Å).

Нейтронные звёзды
Спектр пульсара J1706, полученный прибором NICER. Два пика по центру графика соответствуют смещению наблюдаемой частоты вращения пульсара из-за его вращения вокруг белого карлика. Левый пик появляется. когда пульсар движется к нам, правый - когда от нас

Углеродные звёзды

Звезда Вольфа-Райе