Оптика и квантовая физика. Лекция 7

Содержание

Слайд 2

Квантово-оптические явления
Часть 1
Тепловое излучение
Внешний фотоэффект

Лекция 7

Квантово-оптические явления Часть 1 Тепловое излучение Внешний фотоэффект Лекция 7

Слайд 3

Тепловое излучение

Тепловое излучение

Слайд 4

Тепловое излучение

Тепловое излучение

Слайд 5

- испускательная способность или спектральная светимость. Равна мощности, излучаемой с единицы поверхности

- испускательная способность или спектральная светимость. Равна мощности, излучаемой с единицы поверхности
тела и приходящейся на единицу интервала длин волн вблизи данной λ

- поглощательная способность тела, где
dФ'λ – поглощаемый поток;
dФλ – падающий на тело поток энергии.

Характеристики теплового излучения

- энергетическая светимость или интегральная испускательная способность, где Ф – поток энергии или мощность излучения

Слайд 6

Характеристики теплового излучения

Модель абсолютно черного тела

Характеристики теплового излучения Модель абсолютно черного тела

Слайд 7

Законы теплового излучения

Для абсолютно черного тела

Законы теплового излучения Для абсолютно черного тела

Слайд 8

Доказательство закона Кирхгофа

Абсолютно черное тело – замкнутая оболочка с температурой Т

Энергия,

Доказательство закона Кирхгофа Абсолютно черное тело – замкнутая оболочка с температурой Т
которую участок ΔS излучает за единицу времени и получает от остальной оболочки в спектральном интервале dλ:

ΔS - абсолютно черное тело

Т/д равновесие с температурой Т

ΔS - не абсолютно черное тело

Плотность энергии равновесного теплового излучения не зависит от физической природы тела и определяется только его Т.

Слайд 9

Следствия из закона Кирхгофа

Видео

Следствия из закона Кирхгофа Видео

Слайд 10

Законы теплового излучения

Законы теплового излучения

Слайд 11

Законы теплового излучения

Модель 5.5.  Излучение абсолютно черного тела

Максимум энергии излучения Солнца приходится примерно

Законы теплового излучения Модель 5.5. Излучение абсолютно черного тела Максимум энергии излучения
на 470 нм (зеленая область спектра), что соответствует температуре наружных слоев Солнца около 6200 К.

Слайд 12

Законы теплового излучения

Формула Рэлея – Джинса:

Законы теплового излучения Формула Рэлея – Джинса:

Слайд 13

Законы теплового излучения

или

Законы теплового излучения или

Слайд 14

Внешний фотоэффект

Экспериментальное изучение фотоэффекта

Внешний фотоэффект Экспериментальное изучение фотоэффекта

Слайд 15

Законы внешнего фотоэффекта

Вольтамперная характеристика вакуумного фотоэлемента.
Кривая 2 соответствует большей интенсивности светового

Законы внешнего фотоэффекта Вольтамперная характеристика вакуумного фотоэлемента. Кривая 2 соответствует большей интенсивности светового потока.
потока.

Слайд 16

 Квантовая теория фотоэффекта

hν = Авых+ mυ2/2

Эйнштейн объяснил экспериментальные законы фотоэффекта на основе квантовых представлений

Квантовая теория фотоэффекта hν = Авых+ mυ2/2 Эйнштейн объяснил экспериментальные законы фотоэффекта
о природе света.

Ф ~ hν ·nф
nэ ~ nф
I ~ nэ

Iн ~ Ф

Первый закон фотоэффекта

Второй закон фотоэффекта

 mυ2/2 = hν – Авых
Авых = const

mυ2/2 ~ hν

Третий закон фотоэффекта

hν0 = Авых

mυ2/2 = 0

ν0 = Авых/ h

– красная граница фотоэффекта

Слайд 17

 Применение фотоэффекта

фотоэлектронные приборы

фотоэлементы

фотоумножители

Преобразование светового сигнала в электрический

Измерение очень малых световых потоков

В метро,

Применение фотоэффекта фотоэлектронные приборы фотоэлементы фотоумножители Преобразование светового сигнала в электрический Измерение
в фотометрии для измерения силы света, яркости, освещенности, в кино для воспроизведения звука, в фототелеграфах и фототелефонах,  в управлении производственными процессами, на заводских прессах и т. д.

В астрономии,
спектроскопии и т.д.

Слайд 18

 Внутренний и вентильный фотоэффект

Применение

Внутренний и вентильный фотоэффект Применение

Слайд 19

 Внутренний и вентильный фотоэффект

Внутренний и вентильный фотоэффект

Слайд 20

Квантово-оптические явления
Часть 2
Развитие гипотезы световых квантов
Эффект Комптона
Давление света
Фотолюминесценция

Квантово-оптические явления Часть 2 Развитие гипотезы световых квантов Эффект Комптона Давление света Фотолюминесценция

Слайд 21

Развитие гипотезы световых квантов

Опытные обоснования гипотезы световых квантов

Опыты Боте (1926 г.)
изучение

Развитие гипотезы световых квантов Опытные обоснования гипотезы световых квантов Опыты Боте (1926
квантовых флуктуаций интенсивности рентгеновского излучения

Установка Боте (1926 г.)
А и В - индикаторы: счетчики Гейгера –
Мюллера в свинцовом футляре;
C – фольга Cu и Fe, которая при облучении R-лучами дает флуоресцентное излучение, т.е. является источником слабого рентгеновского излучения.

Слайд 22

2. Опыты Вавилова С. И. (с видимым светом)

Порог чувствительности человеческого глаза
~ 200

2. Опыты Вавилова С. И. (с видимым светом) Порог чувствительности человеческого глаза
фотонов, попадающих в глаз за 1 секунду

Схема опыта Вавилова С. И.:
D – диск вращающийся со счетчиком поворотов;
СФ – светофильтр (λ ~ 0,5 мкм);
К – клин из дымчатого стекла.
Длительность вспышки – τ ≈ 0,1с.

Опытные обоснования гипотезы световых квантов

Слайд 23

3. Опыты по наблюдению фотоэффекта в камере Вильсона

Т.о., электрон должен поглощать всю

3. Опыты по наблюдению фотоэффекта в камере Вильсона Т.о., электрон должен поглощать
энергию сразу. Классические представления о постепенной передаче энергии не верны.

Опытные обоснования гипотезы световых квантов

Слайд 24

Свойства фотонов

Свойства фотонов

Слайд 25

Схема опыта

Эффект Комптона

Результаты опыта:

Схема опыта Эффект Комптона Результаты опыта:

Слайд 26

Спектры рассеянного излучения

Диаграмма импульсов при упругом рассеянии фотона на покоящемся электроне.

Спектры рассеянного излучения Диаграмма импульсов при упругом рассеянии фотона на покоящемся электроне. Эффект Комптона

Эффект Комптона

Слайд 27

– «комптоновская» длина волны, λк = 0,024 Å

Формула Комптона

– по закону

– «комптоновская» длина волны, λк = 0,024 Å Формула Комптона – по
сохранения импульса

– по закону сохранения энергии, где m0 и m –
масса электрона до и после столкновения

Теория эффекта Комптона

Слайд 28

Давление света

Давление света направляет
хвост кометы от Солнца

Солнечный парус

Давление света Давление света направляет хвост кометы от Солнца Солнечный парус

Слайд 29

R – коэффициент отражения света или доля фотонов, соударяющихся со стенкой упруго;

R – коэффициент отражения света или доля фотонов, соударяющихся со стенкой упруго;
(1-R) – неупруго;
n – плотность фотонов;
(с∙n) – количество фотонов, которое ударяется о единичную площадку в единицу времени;
W = hν∙n – плотность энергии поля.

а) для поглощенных фотонов:

б) для отраженных фотонов:

ΔK = F·Δt, где F – сила давления на единичную площадку.
Так как Δt = 1, а F = P, то

Изменение импульса фотонов,
падающих на единичную площадку в единицу времени:

Давление света

W∙c = Eэ – энергетическая освещенность поверхности

Давление солнечного света на земную поверхность Р = 10-6 – 10-5 Н/см2

Слайд 30

Схема опыта

Системы крылышек в опыте Лебедева

Давление света - опыт П.Н.

Схема опыта Системы крылышек в опыте Лебедева Давление света - опыт П.Н. Лебедева (1899-1900 г.)
Лебедева

(1899-1900 г.)

Слайд 31

Люминесценция

Виды люминесценции
по типу первичного энергетического воздействия

электролюминесценция – излучение света под

Люминесценция Виды люминесценции по типу первичного энергетического воздействия электролюминесценция – излучение света
действием электрического поля;
фотолюминесценция – поглощение фотонов света с одной частотой, а излучение с другой;
катодолюминесценция – процесс преобразования электрического луча в энергию видимого света;
рентгенолюминесценция – излучения света под действием электрических лучей;
триболюминесценция – излучения света под действием механических воздействий

Слайд 32

Фотолюминесценция алмаза

Фотолюминесценция

Длительность свечения τ − время, в течение которого тело высвечивает энергию

Фотолюминесценция алмаза Фотолюминесценция Длительность свечения τ − время, в течение которого тело высвечивает энергию возбуждения.
возбуждения.

Слайд 33

Методы исследования фотолюминесценции

Двухдисковый фосфороскоп Беккереля

2. Однодисковый фосфороскоп

3. Фазовый флюориметр

Закон затухания

Методы исследования фотолюминесценции Двухдисковый фосфороскоп Беккереля 2. Однодисковый фосфороскоп 3. Фазовый флюориметр
фотолюминесценции:

Измерение длительности послесвечения до 10-4 с

Измерение длительности послесвечения до 10-5 - 10-6 с

Измерение длительности послесвечения до 10-8 - 10-9 с

τ – время запаздывания

Слайд 34

Спектр фотолюминесценции

Диаграмма переходов

Стокс(Stokes) Джордж Габриель (1819 -1903)

Спектр фотолюминесценции Диаграмма переходов Стокс(Stokes) Джордж Габриель (1819 -1903)

Слайд 35

Особенности спектра фотолюминесценции

Особенности спектра фотолюминесценции

Слайд 36

Роль активаторов

Вещества, способные люминесцировать

Роль активаторов Вещества, способные люминесцировать

Слайд 37

Применение люминесценции

Применение люминесценции

Слайд 38

Лампа Вуда САПФИР для проведения люминесцентного анализа при диагностике грибковых поражений зерна

Люминометр

Лампа Вуда САПФИР для проведения люминесцентного анализа при диагностике грибковых поражений зерна
для всех видов люминесцентного анализа

Люминесцентный светильник

Применение люминесценции

Имя файла: Оптика-и-квантовая-физика.-Лекция-7.pptx
Количество просмотров: 38
Количество скачиваний: 0