С точки зрения волновой теории

а) Законы отражения

Волна с волновым фронтом AC достигает поверхности зеркалы MN и возбуждает вторичные волны неодновременно. В точке A возбуждение колебаний начинается на время Δt=CB/υ раньше, чем в точке B (υ -скорость волны). В момент, когда волна достигает точки B, вторичная волна с центром в точке A уже достигает полусферы с радиусом r=AD= υ ^. Δt=CB

Волновая поверхность отраженной волны DB – огибающая вторичных волн. AA₂ DB, BB₂ DB,

∆ADB=∆CAB, т.к. ADB= ACB=90^o, AD=CB и АB общая.

Но CAB=α и DBA=γ, значит α=γ.

б) Законы преломления

AC A₁A; AC B₁B

Луч B₁B достигает поверхности MN спустя ∆t=CB/υ₁ после луча A₁A волны (υ₁ - скорость волны в I среде).

Когда в точке B начинается возбуждаться вторичная волна, из точки A вторичная волна уже дошла до точки D

AD=υ₂ ∆t (υ₂ -скорость волны во II среде).

DB AA₂; DB BB₂;

DB - огибающая вторичных волн и волновая поверхность преломленной волны.

CAB=α; (cтороны перпендикулярны) и CB=υ₁ ∆t=AB sinα

ABD=γ; (перпендикулярные cтороны) и AD=υ₂ ∆t= AB sinβ

← относительный показатель преломления.

Абсолютный показатель преломления n=c/ υ₁.

 

ОСНОВЫ КВАНТОВОЙ ФИЗИКИ

 

Физические законы должны быть

математически красивыми

Дирак

§1. Тепловое излучение

 

Самым распространенным видом электромагнитного излучения в природе является тепловое излучение, которое совершается за счет энергии теплового движения атомов и молекул вещества (т.е. за счет внутренней энергии).Любые физические тела, которые имеют температуру, испускают тепловое излучение и так как абсолютный нуль недостижим (; в природе не существуют тела с нулевой температурой Кельвина), то отсюда вытекает, что тепловое излучение присуще всем физическим телам.

Полной лучеиспускательной (или излучательной) способностью E тела называется энергия электромагнитного излучения, испускаемого по всевозможным направлениям, в единицу времени, с единицы площади поверхности тела (иначе называется также энергетической светимостью). [ Дж/(с^.м²)]

Полной поглощательной способностью А тела называется отношение энергии электромагнитного излучения, поглощаемого телом, ко всей падающей на него лучистой энергии (величина безмерная).

E и A зависят от природы тела, Т и или излучения, поэтому вводиться такие физические характеристики как;

Спектральная излучательная способность или спектральная плотность энергетической светимости (излучательность) тела ( или )– это мощность излучения с единицы площади поверхности тела в интервале частот единичной ширины (или энергетическая светимость, рассчитанная для узкого интервала длин волн , т. е. от длин волн до ).

Аналогично вводится понятие спектральной поглощательной способности ( или ).

Пожалуй, тепловое излучение – практически единственный вид излучение, который может быть равновесным, а это означает, что с течением времени, в результате непрерывного обмена энергией между телом и излучением, может наступать равновесие, т.е. тело в единицу времени будет поглощать столько же энергии, сколько излучает.

Воображаемое тело, полностью поглощающее при любой температуре всю падающую на него лучистую энергию, называется абсолютно черным телом: .

В природе таких тел нет, но некоторые тела по своим поглощательным свойствам близки к абсолютно черным телам, например, для сажи А =0,95[15].

В реальности моделью абсолютно черного тела является небольшое отверстие (дырка) в непрозрачной стенке замкнутой полости. Луч, попавший через отверстие внутрь полости, после многократных отражений от внутренних стенок практически полностью поглощается и не выходить наружу, независимо от материала стенок. После установления равновесного излучения некоторой температуры, излучения, выходящее из отверстия можно считать как излучение абсолютного черного тела. При низкой температуре полости отверстие в ней кажется черным; если же полость нагрета до высокой температуры, то отверстие представляется ярко светящимся. По аналогию с этой моделью в астрофизике «черными дырами» назвали уникальные объекты с колоссальными массами, которые поглощают подающий на них все электромагнитное излучение[16]. Излучение Солнца близко к излучению абсолютного черного тела с температурой Т≈5800⁰К.

Серые тела – это тела, поглощательная способность которого меньше единицы, но одинакова для всех частот и зависит только от температуры, материала и состояния поверхности тела.

Кирхгоф установил (1859г), что у разных тел, в условиях равновесного излучения

··· (Е_λ,Т)_{абс.ч.т.} = ε_λ,T,

где ε_λ,T - спектральная излучательная способность абсолютно черного тела.

Пропорциональность и можно показать следующим опытом: на фарфоровой пластинке зачерняют тушью круг (участок с высоким поглощением). После согревания до высоких температур, в темноте круг будет светлее, чем фон, т.к. он и излучает больше.

Для всех тел при данной температуре Т и для одной и той же длины волны λ, отношение спектральной испускательной способности к спектральной поглощательной способности тела не зависит от природы тела и равняется спектральной излучательной способности абсолютно черного тела при тех же длине волны и температуре (Закон Кирхгофа).

Из закона Кирхгофа вытекает три важных следствия.

1. (Спектральная) испускательная способность любого тела при данной температуре равна произведению его спектральной поглощательной способности на спектральную испускательную способность абсолютно черного тела при той же температуре.

E_λ,T = A_λ,T ^. ε_λ,T

2. Спектральная испускательная способность любого тела меньше спектральной испускательной способности абсолютного черного тела при той же температуре:

E_λ,T < ε_λ,T , так как всегда A_λ,T < 1.

3. Если тело не поглощает каких-либо волн, то оно и не испускает их: при. A_λ,T =0, E_λ,T =0.

Закон Кирхгофа является настолько характерным для теплового излучения, что может служить надежным критерием для определения природы излучения. Можно с уверенностью сказать, что излучение, не подчиняющееся закону Кирхгофа, не является тепловым.

Экспериментально подтвержденную зависимость ε_λ,T от λ схематично показана на рисунке, где. представлены излучения абсолютночерного тела различной температуры (6000К, 3000К и 1000К). Но алгебраический вид этой зависимости, опираясь на закономерностях классической физики, не удавался получить. В рамках классической физики удалось получить некоторые законы излучения абсолютно черного тела, которые лишь частично объясняли вид функции ε_λ,T.