Билет 20

а). Что такое оптическая пирометрия? Что такое яркостная темпера­тура?

Оптической пирометрией называется совокупность оптических методов измерения высоких температур, основанных на законах теплового излучения.

В оптической пирометрии различают радиационную, яркостную и цветовую температуры тела. Радиационная температура - это температура тела при которой его энергетическая светимость Re = RT .Цветовая температура определяется из максимума длины волны в спектральной плотности эн. светимости Яркостная температура – это температура черного тела при которой для определённой длины волны его спектральная плотность эн.светимости равна спектральной плотности исследуемого тела.

 

Понятие «Яркостная температура» применяется в оптической пирометрии, при изучении космических источников излучения (Солнца, звезд, газовых туманностей, планет и др.). В общем случае яркостная температура определяется по формуле Планка.

б). В чем отличие характера взаимодействия фотона и электрона при фотоэффекте и эффекте Комптона?

При фотоэффекте  фотон поглощается электроном, находящимся  внутри кристаллического тела (т.е. этот электрон не свободный). При таком поглощении выполняется только закон сохранения энергии. Энергия фотона идет на вырывание электрона с поверхности, остальная часть энергии идет на сообщение электрону .Комптоновское рассеивание- это столкновение фотона со свободным электроном. При этом должны выполняться и закон сохранения энергии и закон сохранения импульса. Фотон  может только рассеяться на электроны, но не поглотиться (иначе невозможно удовлетворить закон сохранения…).

в). Что такое спонтанное излучение? резонансное поглощение? вынужденное излучение? Объясните механизм возникновения этих яв­лений. В чем отличие спонтанного излучения от вынужденного?

Атомы наиболее интенсивно поглощают свет частоты, соответствующей переходу из основного состояния атома в ближайшее к нему вынужденное состояние. Это явление называют резонансным поглощением. Т.е. фотоны, испущенные атомом при переходе из первого возбужденного состояния в основное, без всяких проблем поглощаются такими же атомами, поскольку их частоты практически совпадают. При поглощении фотона атомы возбуждаются. Поглощение фотона всегда является вынужденным процессом, происходящим под действием внешней электромагнитной волны. В каждом акте поглощается один фотон, а участвующий в этом процессе атом переходит в состояние с большей энергией.

Атом, находясь в возбужденном состоянии (2) может спонтанно, без внешних воздействий перейти в основное состояние, испуская при этом фотон с энергией . Процесс испускания фотона возбужденным атомом без внешних воздействий называется спонтанным излучением. Чем больше вероятность спонтанных переходов, тем меньше среднее время жизни атома в возбужденном состоянии. Так как спонтанные переходы взаимно не связанны, то спонтанное излучение некогерентно. Спонтанное излучение атома обусловлено только неустойчивостью его верхнего (возбужденного) состояния, вследствие которого атом освобождается от энергии возбуждения путем излучения фотона. Различные атомы излучают независимо друг от друга, и генерируют фотоны, которые распространяются в различных направлениях, имеют различные фазы и направления поляризации. Следовательно спонтанное излучение некогерентно.

 

Если на возбужденный атом действует электромагнитная волна с частотой v, удовлетворяющей соотношению энергии квантовых состояний атома, возникает вынужденное излучение. В каждом акте вынужденного излучения участвуют два фотона. Один из них, распространяясь от внешнего источника (соседнего атома), воздействует на атом, в результате которого испускается фотон. Оба фотона имеют одинаковое направление распространения и поляризации, а также одинаковые частоты и фазы. То есть вынужденное  излучение всегда когерентно с вынуждающим.

г). Почему массы атомов многих элементов в таблице Менделеева отличаются от целых чисел?

Указанные в таблице Менделеева  относительные атомные  массы некоторых элементов сильно отличаются от целого числа. Оказывается, ядра одного и того же химического элемента могут отличаться числом нейтронов при одинаковом  числе протонов в ядре и электронов в электронной оболочке,

Такие ядра имеют одинаковые химические свойства и располагаются в одной клетке таблицы Менделеева. Это изотопы

2. Покоящийся ион Не⁺ испустил фотон, соответствующий головной линии серии Лаймана. Этот фотон вырвал фотоэлектрон из покоя­щегося атома водорода, который находился в основном состоянии. Найти скорость фотоэлектрона.

3.      Параллельный пучок монохроматических лучей с длиной волны 0.5мкм падает нормально на зачерненную поверхность и производит давление 10^-8 Па. Определите концентрацию фотонов в потоке и его интенсивность (число частиц, падающих на единичную поверхность в единицу времени)