Fizika banginė optika konspektas

Tačiau banginė optika neįstengė paaiškinti kai kurių kitų vėliau atrastų šviesos reiškinių, pavyzdžiui, fotoefekto, šiluminio spinduliavimo dėsnių ir kt. Kaip vėliau paaiškėjo, pastarieji reiškiniai lengvai paaiškinami laikant šviesą ne bangomis, o tam tikros energijos dalelių (korpuskulų) srautu. Šitaip šviesos reiškinius nagrinėjantis fizikos skyrius vadinamas kvantine optika.

Įvairiais kitais būdais sužadintas spinduliavimas vadinamas liuminescenciniu, pavyzdžiui, katodinė liuminescencija, fotoliuminescencija, cheminė liuminescencija ir kt.

Pažymėkime dW(,T energijos srautą (energijos kiekį, išspinduliuotą per laiko vienetą), kurį vienetinio ploto kūno paviršius spinduliuoja 2( erdviniu kampu dažnių intervale nuo ( iki ( +d (.

Jei intervalo plotis d v labai mažas, tai dW(,T ~d (, o jų santykis

Sakykime, į kūno paviršiaus elementarųjį plotelį krinta dažniu intervalo nuo ( iki ( +d ( spinduliavimo energijos srautas dW(,T . Šio srauto dalį dW’(,T kūnas sugeria. Nedimensinį jų santykį

Šia savybe gamtoje jam artimiausi yra suodžiai. Gana plačioje spektro srityje jų absorbcijos geba artima 0.99, tačiau žemų dažnių infraraudonoje spektro srityje ji yra gerokai mažesnė.

Tačiau dėl daug kartų įvykusios absorbcijos sienelėse praktiškai sugeriami visi bet kokio dažnio spinduliai. Šitokios ertmės absorbcijos geba artima absoliučiai juodo kūno absorbcijos gebai.

Kūnas, kurio absorbcijos geba pastovi esant bet kokiam spinduliavimo dažniui, tačiau yra mažesnė už vienetą, vadinamas pilkuoju.

Dažnai reikia žinoti, kiek energijos spinduliuoja per l s kūno paviršiaus ploto vienetas 2( erdviniu kampu visais dažniais nuo 0 iki (.

Nejuodų kūnų išspindis WT taip pat labai priklauso nuo temperatūros, tačiau jiems ši formulė netinka. Tokių kūnų energinį šviesį bandoma išreikšti formule

čia koeficientas B ir laipsnio rodiklis n turėtų būti eksperimentiškai nustatomi dydžiai. Vėliau paaiškėjo, kad šie dydžiai priklauso nuo temperatūros. Pavyzdžiui, volframui 1000 K temperatūroje

Difrakcine gardele ar kitokiu spektro analizatoriumi suskaidžius absoliučiai juodo kūno skleidžiamus spindulius į spektrą, eksperimentiškai nustatomos spinduliavimo spektrinio tankio ((,T arba ( (,T vertės.

1. Absoliučiai juodo kūno spinduliavimo spektras yra ištisinis, t. y. spinduliuojamos įvairaus dažnio (ilgio) bangos.

dažniu ( virpančio osciliatoriaus energija W gali būti ne bet kokia, o tik dydžio h( kartotinė, t. y.

Iš emisijos gebos (dažnio ir bangos ilgio atžvilgiu) lygybių gauname:

Į pastarąja lygybę įrašę viršuje esančią išraišką ir iš lygybės c = (( spinduliavimo dažnį ( pakeitę bangos ilgiu (, gauname šitokią absoliučiai juodo kūno emisijos gebos ((,T išraišką:

nejuodų kūnų E(,T < ((,T . Be to, funkcijos E( (ar Ev) gali skirtis nuo atitinkamos absoliučiai juodo kūno funkcijos (( (ar (v).

Brūkšnine kreive pavaizduotas santykis E( / ((.

Todėl, padidinus temperatūra, siūlelis daugiau skleistų regimųjų spindulių. Deja, įkaitintas siūlelis vakuume sparčiai garuoja ir aukštesnėje kaip 2500 K temperatūroje greitai suyra.

Kadangi į energijos nuostolius tenka įskaityti ne tik neregimaisiais spinduliais spinduliuojamą energiją, bet ir dėl šilumos laidumo bei konvekcijos į lempos aplinką atiduotą energiją, tai, pripildžius lempos kolbą dujų, patiriami didesni energijos nuostoliai dėl aušimo. Siekiant juos sumažinti, lempoje tiesus siūlelis pakeičiamas spiraliniu, — tuomet jo gretimos vijos viena kitą šildo. Šitokių kaitinamųjų lempų naudingumo koeficientas yra didesnis negu vakuuminių lempų.

apskaičiuojama jo temperatūra T. Taip matuojant reikia atsižvelgti į tai, kokiu erdviniu kampu sklindantys spinduliai patenka į matavimo prietaisą, taip pat į nuostolius dėl atspindžio ir absorbcijos.

Pradžioje panagrinėkime vienfotonį fotoefektą, t. y. susijusį su vieno fotono absorbcija.

Pavyzdžiui, šią formulę taikykime vakuume judančiam fotonui (v=c). Jeigu fotono rimties masė (m0) būtų nelygi 0, tai iš formulės gautume m((. Tokia išvada prieštarauja tikrovei; vadinasi, fotono rimties masė m0 = 0, t. y. rimties būsenos fotonai neegzistuoja.

Iš formulės išplaukia ir kita svarbi išvada: fotonas ir medžiagoje juda greičiu c.

čia įrašytas dydis h=h/2( =1,055 10 -31 J(s vadinamas mažąja Planko konstanta, k = 2(/( — bangos skaičiumi.

Kaip matėme, teoriškai interpretuojant bandymus, patvirtinta optinių dažnių (v~1014 s-1) elektromagnetinio spinduliavimo kvantinė prigimtis. Šiuo požiūriu ne mažiau svarbūs yra JAV fiziko A. Komptono 1922 m. atlikti bandymai, tiriant monochromatinių Rentgeno spindulių (v~1018 s-1) sklaidą, kai jie skverbiasi pro lengvas medžiagas, pavyzdžiui, grafitą, parafiną ir pan.