Физика. Строение и физические свойства вещества. Барсуков В.И - 29 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

где I
0
– интенсивность световой волны до поглощения, I – интенсивность после прохождения волною слоя вещества тол-
щиной d. Величина µ называется линейным коэффициентом поглощения света. Численное его значение определяет тол-
щину слоя вещества, по прохождению которого интенсивность световой волны уменьшается в e = 2,7 раз. Значение µ
зависит от длины световой волны и рода вещества.
Поглощение света становится особенно сильным при приближении его частоты к частотам собственных колебаний
электронов в атомах вещества или атомов в молекулах вещества (резонансное поглощение). Последовательность частот
резонансного поглощения может в зависимости от рода и состояния вещества быть дискретной или непрерывной, а также
представлять собой их комбинацию. Соответственно этому спектры поглощения называются линейчатыми, сплошными и
полосатыми.
По закону Кирхгоффа вещество поглощает те линии спектра, которые оно испускает, будучи источником света.
Линейчатые спектры возникают при распространении света в разреженных газах или парах. Сплошные спектры ха-
рактерны для раскалённых конденсированных сред. Полосатые спектры характерны для молекул.
Спонтанное и вынужденное излучения света. Ранее, при изучении спектра атомарного водорода и электронных со-
ставляющих молекулярных спектров, рассматривались только два вида переходов атомов между энергетическими уров-
нями – спонтанные (самопроизвольные) переходы с более высоких на более низкие уровни и происходящие под действи-
ем излучения (вынужденные) переходы с более низких на более высокие уровни. Переходы первого вида приводят к ис-
пусканию фотонов, переходы второго вида обусловливают поглощение излучения веществом.
В 1918 г. Эйнштейн обратил внимание на то, что двух указанных видов излучения недостаточно для объяснения су-
ществования состояний равновесия между излучением и веществом. Действительно, вероятность спонтанных переходов
определяется лишь внутренними свойствами атомов и, следовательно, не может зависеть от интенсивности падающего
излучения, в то время как вероятность «поглощательных» переходов зависит как от свойств атомов, так и от интенсивно-
сти падающего излучения. Для возможности установления равновесия при произвольной интенсивности падающего из-
лучения необходимо существование «испускательных» переходов, вероятность которых возрастала бы с увеличением
интенсивности излучения, т.е. «испускательных» переходов, вызванных излучением. Возникающее в результате таких
переходов излучение называется вынужденным или индуцированным.
Исходя из термодинамических соображений, Эйнштейн доказал, что вероятность
nm
P вынужденных переходов, со-
провождающихся излучением, должна быть равна вероятности
mn
P вынужденных переходов, сопровождающихся погло-
щением света, т.е.
mnnm
PP = . Тогда при
mn
EE > переходы nm → смогут происходить только под воздействием излуче-
ния, переходы же mn → будут совершаться как вынужденно, так и спонтанно. При условии равновесия, число атомов в
состояниях
m
и
n
равно
спонтвынуждвынужд
nmnmmn
NNN += . (4.7)
С учётом вероятностей перехода и их пропорциональности плотности энергии
ω
u вынуждающего переход электро-
магнитного поля, выражение (4.7) примет вид
nnmnnmmmn
NANuBNuB
+
=
αω
, откуда равновесное значение
ω
u , т.е.
),( Tu ω , будет равно с учётом распределения атомов по энергетическому состоянию (распределение Больцмана):
kT
kTEE
nm
eeNN
mn
/
/)(
/
ω
−
==
h
;
1
1
),(
/
−
=ω
ω kT
nm
nm
e
B
A
Tu
h
. (4.8)
Замена коэффициента
nmnm
BA / в (4.8) на выражение
323
/ cπωh приводит к формуле Планка:
1
1
),(
/32
3
−π
ω
=ω
ω kT
ec
Tu
h
h
, (4.9)
что даёт для испускательной способности абсолютно чёрного тела
=
ω
),( TE
1
1
4
/22
3
−π
ω
ω kT
ec
h
h
, или
1
12
),(
/5
2
−λ
π
=λ
λkThc
e
hc
TE
.
Вынужденное излучение обладает весьма важными свойствами. Направление его распространения в точности сов-
падает с направлением распространения вынуждающего излучения, т.е. внешнего излучения, вызвавшего переход. То же
самое относится к частоте, фазе и поляризации вынужденного и вынуждающего излучений. Следовательно, вынужденное
и вынуждающее излучения оказываются строго когерентными. Эта осо-бенность вынужденного излучения лежит в осно-
ве действия усилителей и генераторов света, называемых лазерами.
Лазеры. В 1939 г. советский физик В.А. Фабрикант впервые указал на возможность получения сред, в которых свет
будет усиливаться за счёт вынужденного излучения. В 1953 г. независимо советскими учёными Н.Г. Басовым и А.М.
Прохоровым и американскими учёными Таунсом и Вебером были созданы первые молекулярные генераторы, работаю-

Страницы