Поляризация света при отражении и преломлении на поверхности диэлектриков. Формулы Френеля.

Если световой вектор падающего луча колеблется в плоскости падения (общей с отраженным лучом), то найдется такой угол падения i_в, для которого направление отраженного луча совпадает с осями колеблющихся диполей отражающего вещества. Из теории излучения линейного диполя известно, что в направлении его оси электромагнитная волна не излучается. Это означает, что энергия падающего под углом i_В поляризованного света со световым вектором в плоскости падения луча преобразуется в энергию только преломленного луча, то есть такой луч не отражается от поверхности диэлектрика.

Для падающего на поверхность диэлектрика естественного света при углах падения, отличных от i_В, как в отраженном, так и в преломленном потоках присутствуют лучи с обеими ориентациями световых векторов как

перпендикулярной плоскости падения, так и параллельной ей (рис. 4.9а). Если присутствовать только луч, световой вектор которого перпендикулярен плоскости падения (рис. 4.9, б). Отражение полностью линейно-поляризованного света от поверхности диэлектрика называется явлением Брюстера, а соответствующий угол падения – углом Брюстера (рис. 4.9, в)

Явление поляризации света при отражении и преломлении объясняется с помощью формул Френеля и полученных с использованием этих формул коэффициентов отражения и пропускания света.

14. Тепловое излучение. Основные характеристики теплового излучения. Законы теплового излучения. Пр-да теплового излучения. Характеристики теплового излучения: поток, энергетическая светимость, спектральная плотность энергетической светимости, поглощательная способность. Абсолютно черное тело. Экспериментальные законы Кирхгофа и Стефана-Больцмана. Закон смещения Вина.

ТИ -электро-магнитное излучение испускаемое нагретыми телами.

Ф-энег.поток.Энергия нагретого тела, к-ое испускается в ТИ за 1 с.

1Вт

Энергетическая светимость тела - — физическая величина, являющаяся функцией температуры и численно равная энергии, испускаемой телом в единицу времени с единицы площади поверхности по всем направлениям и по всему спектру частот.

; Дж/с·м² = Вт/м²

Спектральная плотность энергетической светимости — функция частоты и температуры, характеризующая распределение энергии излучения по всему спектру частот (или длин волн).

Поглощающая способность тела — — функция частоты и температуры, показывающая, какая часть энергии электромагнитного излучения, падающего на тело, поглощается телом в области частот вблизи

где — поток энергии, поглощающейся телом.

— поток энергии, падающий на тело в области вблизи

Абсолютно черное тело — это физическая абстракция (модель), под которой понимают тело, полностью поглощающее всё падающее на него электромагнитное излучение — для абсолютно чёрного тела

1. Закон Кирхгофа. Тепловое излучение является равновесным - сколько энергии излучается телом, столь ее им и поглощается. Для трех тел, находящихся в замкнутой полости можно записать:

Указанное соотношение будет верным и тогда, когда одно из тел будет АЧ:

Т.к. для АЧТ α_λT.
Это закон Кирхгофа: отношение спектральной плотности энергетической светимости тела к его монохроматическому коэффициенту поглощения (при определенной температуре и для определенной длины волны) не зависит от природы тела и равно для всех тел спектральной плотности энергетической светимости при тех же самых температуре и длине волны.
2. Закон Стефана-Больцмана.
Общая энергетическая светимость во всем диапазоне длин волн пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры тела:

3. Закон Вина.
Согласно закону, длина волны λ_max, на которую приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости АЧТ, обратно пропорционален его абсолютной температуре Т: λ_max = в/t, где

в = 2,9*10^-3 м·К- постоянная Вина.
Таким образом, при увеличении температуры изменяется не только полная энергия излучения, но и сама форма кривой распределения спектральной плотности энергетической светимости. Максимум спектральной плотности при увеличении температуры смещается в сторону более коротких длин волн. Поэтому закон Вина называют законом смещения.

 

Формула Планка для спектральной плотности энергетической светимости абсолютного черного тела.

Планк пришел к выводу, что процессы излучения и поглощения электромагнитной энергии нагретым телом происходят не непрерывно конечными порциями – квантами. Квант – это минимальная порция энергии, излучаемой или поглощаемой телом. По теории Планка, энергия кванта E прямо пропорциональна частоте света: E = h ν,

где h – так называемая постоянная Планка. h = 6,626·10^–34 Дж·с. Постоянная Планка – это универсальная константа.

На основе гипотезы о прерывистом характере процессов излучения и поглощения телами электромагнитного излучения Планк получил формулу для спектральной светимости абсолютно черного тела. Формулу Планка удобно записывать в форме, выражающей распределение энергии в спектре излучения абсолютно черного тела по частотам ν, а не по длинам волн λ.

Здесь c – скорость света, h – постоянная Планка, k – постоянная Больцмана, T – абсолютная температура.

Формула Планка хорошо описывает спектральное распределение излучения черного тела при любых частотах.

16. Фотоэффект и его законы. Пр-да внешнего фотоэффекта. Ур-ние Эйнштейна для внешнего фотоэффекта. Красная граница фотоэффекта. Работа выхода электрона из металла. Применение фотоэффекта.

Внешним фотоэффектом называется испускание электронов ме­таллом под действием света. Выбитые под действием света электроны на­зываются фотоэлектронами, а электрический ток, образуемый ими в цепи, называется фототоком. Внешний фотоэффект начинается при относительно небольшой ра­боте выхода (2-5 эВ). При этом вся энергия фотона hv преобразуется в работу выхода и в кинетическую энергию электрона, т.е. полностью пере­дается электрону без рассеяния (рис. 1).

Рис. 1

Для более детального изучения и установления законов фотоэффекта Столетов и другие исследователи использовали установку, показанную на рис.2.

Рис. 2.

Металлическая пластинка К (катод из исследуемого металла) под­соединена к отрицательному полюсу батареи Б, второй же полюс соединен через реостат R и гальванометр Г санодом А. Оба электрода (анод и катод) помещены в баллон, из которого выкачан воздух, чтобы столкновения электронов с молекулами газа не влияли на наблюдаемые явления, а также во избежание окисления электродов.

При освещении катода через окошко О из него освобождаются фото­электроны, которые попадают в электрическое поле между катодом и ано­дом. Напряженность поля между ними можно изменять перемещением движка потенциометра R. Если напряженность поля достаточно велика и направлена так, что электроны, перемещаясь от катода к аноду, ускоряют­ся электрическим полем, то фотоэлектроны из катода достигнут анода, и через гальванометр R пройдет фототок, величина которого определяется количеством электронов, достигающих анода за единицу времени.

Зависимость фототока от величины и знака внешнего напряжения носит название вольт-амперной характеристики.

Из этой характеристики следует, что при U=0 фототок не исчезает. Электроны, выбитые светом из катода, обладают некоторой начальной скоростью и отличной от нуля кинетической энерги­ей, и могут достигнуть анода без внешнего поля. Для того, чтобы ток стал равным нулю, необходимо приложить задерживающее напряжение. Элек­троны перестают достигать анода A, когда работа задерживающего элек­трического поля становится равной их максимальной начальной кине­тической энергии

(1)

где - задерживающий потенциал, при котором фототок прекра­щается;

- начальная максимальная скорость электронов при вылете из катода.

Измерив задерживающее напряжение можно определить максимальные значения скорости и кинетической энергии фотоэлектронов.

Опыт дает возможность непосредственно получить зависимость задерживающего потенциала от частоты и падающего света. Зависимость скорости от ν можно найти на основании соотношения (1) между и .

Многочисленные измерения показали, что является линейной функци­ей от частоты ν (рис. 4).

 

 

Рис. 4.

Поскольку задерживающий потенциал однозначно связан со скоростью электронов соотношением (1), то следует: скорость электро­нов, вырываемых из тела при фотоэффекте, тем больше, чем больше часто­та ν поглощаемого света.

Соотношению (1) можно придать другой вид:

(2)

Из равенства (2) следует, что начальная кинетическая энергия фото­электронов линейно возрастает с частотой света ν.

Из этого вытекает еще одно следствие: для того, чтобы электроны могли вырваться светом из тела, частота должна удовле­творять неравенству v U₀ / k. Величина v₀ = U₀ / k называется "красной границей" фотоэффекта. Только свет длины волны меньше, чем , может давать фотоэффект.

Таким образом, путем изучения вольт-амперных характеристик при различных частотах падающего на катод излучения и различных энергети­ческих освещенностях катода, обобщения полученных данных были уста­новлены следующие законы внешнего фотоэффекта:

1 Максимальная начальная скорость фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а определяется только его частотой;

2.Для каждого металла существует "красная граница" фотоэффекта, т.е. минимальная частота света (максимальная длина волны ), зави­сящая от химической природы вещества и состояния его поверхности, при которой свет любой интенсивности фотоэффекта не вызывает.

3.При фиксированной частоте падающего света число фотоэлектро­нов, вырываемых из катода в единицу времени, пропорционально интен­сивности света (сила фототока насыщения пропорциональна энергетиче­ской освещенности катода)

где b - интегральная чувствительность фотокатода.

4. Фотоэффект безынерционен.

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: