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十一:光源

内容概述

  • 黑体辐射
  • 光电效应
  • 波粒二象性

黑体辐射

室温下的铁是黑灰色,高温下是暗红色,极高温下是橙色

任何温度大于绝对零度的物体,都会发出热辐射(Thermal radiation),这是由带电粒子随机运动产生的

处于平衡状态的物体,能量吸收率等于释放率,高吸收伴随着高释放

基尔霍夫辐射定律

将一个物体置于一个等温真空室中,物体会吸收真空室中的热辐射,达到相同的温度(无论物体和环境的材质)

处于热平衡的物体满足
$$
R/\alpha=I
$$

  • $R$,Radiation,物体的辐射率
  • $I$:Irradiance,真空室的辐照度
  • $\alpha$:吸收率

基尔霍夫辐射定律:在热平衡状态下,光谱辐照度和光谱吸收系数之间的比值仅与辐射波长和温度有关,与辐射物体本身的性质无关。
$$
f(\lambda, T)=\frac{r(\lambda, T)}{\alpha(\lambda, T)}
$$
联系两个方程可得:好的吸收器是好的发光器(A good absorber is a good emitter)

黑体

黑体:在任何温度和波长下,吸收率$\alpha$都为1的材质
$$
\alpha \equiv 1
$$
黑体辐射实验

黑体辐射 黑体辐射曲线

光电效应

光量子假说

爱因斯坦提出光量子假说,成功解释了光电效应的实验现象

光电效应

康普顿散射

1923年,康普顿发现,当x射线穿过石墨和金属等材料时,除了波长不变的散射外,还存在散射光子,随着散射角的增大,其波长也会变大。

康普孙散射

波粒二象性

激光

原子能级跃迁,从高能态到低能态,会发射激光

激光(Laser,Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)

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