Лекция 8. Квантовые свойства электромагнитного излучения

Квантовые свойства излучения

Тепловое излучение

Тепловое излучение – излучение тел, вызванное их нагреванием. Этот вид излучения принципиально отличается от других. Только тепловое излучение может быть равновесным – распределение энергии между телом и излучением остается постоянным во времени.

Абсолютно черное тело – тело, которое при любой температуре полностью поглощает все падающее на него электромагнитные волны.

Излучательная способность или спектральная плотность энергетической светимости – энергия, излучаемая с единицы площади поверхности тела за единицу времени в некотором незначительном интервале частот.

Поглотив энергию, абсолютно черное тело ее излучает, тем больше, чем выше температура. Максимум излучения тела тем выше и тем более смещен в сторону коротких волн, чем выше температура. Например, для Солнца, температура поверхности которого близка к 6000 К, максимум излучения приходится на желто-зеленую область спектра, а излучение электрического утюга, нагретого до нескольких сотен градусов, уже не видно глазом: максимум излучения расположен в инфракрасной области спектра.

Поглощательная способность тела - величина, которая показывает, какая часть энергия электромагнитной волны данной частоты, падающей за единицу времени на единицу площади, поверхности тела, поглощается этим телом:

Закон Кирхгофа

Отношение излучательной способности тела к его поглощательной способности для данных частот и температур одинаково для всех тел и равно излучательной способности абсолютно черного тела:

Для абсолютно черного тела . Для серых тел

Определение вида функции были посвящены многие работы по учению о тепловом излучении

- интегральная излучательная способность черного тела

1879 г. – 1884 г. Закон Стефана – Больцмана:

Излучательная способность абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его абсолютной температуры.

Г. Закон Вина

Длина волны, соответствующая максимальному значению излучательной способности абсолютно черного тела, обратно пропорциональна его абсолютной температуре

1905 формула Релея – Джинса:

привела к резкому расхождению с экспериментом

Выход из сложившейся ситуации нашел М.Планк, который в 1900 г. Опубликовал одну из работ, в которой высказал предположение, что атомы излучают не непрерывно, а отдельными порциями – квантами, энергия которых пропорциональна частоте излучения.

Формула Планка

Формула Планка, дает превосходное согласие с экспериментом. В области низких частот формула Планка переходит в формулу Релея-Джинса. Ф. Планка универсальна – из нее следуют законы Стефана – Больцмана и Вина.

Лекция 8. Квантовые свойства электромагнитного излучения