Материал: 703

5. Вращая стрелку анализатора, снимите показания фотоприёмника в пределах от 0 до 80° через каждые 10°, в прямом направлении поворота I1 и в обратном направлении I2, данные занесите в таблицу измерений.

I1

I2

<I>

cos2α

6. Постройте график зависимости <I> от cos2α. По графику определите значения К1 и К2, используя закономерности (3):

7. Сделайте вывод о выполнении закона Малюса.

Упражнение №3

Изучение прохождения света через оптически-анизотропное вещество

1. Включите лазерный источник света, строго выполняя порядок подключения и правила техники безопасности (см. приложение). Поворотом турели 2 (см. рис. П1) направьте лазерный луч через свободное окно в фотоприёмник лазерного излучения λ4.

2.На пути лазерного луча поместите анализатор 7, повернув соответствующую турель (см. рис. П1).

3.Вращая анализатор, найдите положение, соответствующее минимуму интенсивности света на индикаторе относительной интенсивности.

4.Установите на пути лазерного луча оптически-анизотропный

объект.

5.Вращая анализатор, определите угол, при котором интенсивность света, прошедшего через анизотропную пластинку, будет минимальна.

Контрольные вопросы

1.Естественный и поляризованный свет. Виды поляризованного света.

2.Способы получения поляризованного света.

3.Поляризация при отражении света от диэлектрика. Закон Брюстера. Стопа Столетова.

38

4.Двойное лучепреломление. Свойства обыкновенного и необыкновенного лучей.

5.Закон Малюса.

6.Вывод формулы для закона Малюса с учетом потерь световой энергии.

7.Прохождение плоскополяризованного света через одноосную кристаллическую пластинку. Оптическая разность хода и разность фаз обыкновенного и необыкновенного лучей на выходе из кристалла.

8.Интерференция поляризованного света.

Лабораторная работа № 36*

ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

Цель работы – измерить температуру и интегральный коэффициент излучения тела (коэффициент черноты) методом спектральных отношений, проверить закон Стефана-Больцмана.

Приборы и принадлежности: модульный учебный комплекс МУК-О.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Тепловое излучение – самый распространенный вид электромагнитного излучения, испускается всеми телами за счёт их внутренней (тепловой) энергии. Все другие виды излучения, происходящие из-за предварительного освещения, или воздействия электрического поля, или химических реакций, получили общее название – люминесценция. В противоположность всем видам люминесценции тепловое излучение – единственный вид излучения, который может находиться в состоянии термодинамического равновесия с телами. Характерной особенностью равновесного теплового излучения является то, что оно имеет сплошной спектр частот (длин волн). Однако доля энергии, излучаемой в определённом узком участке спектра, зависит от положения этого участка на шкале длин волн, то есть имеется неравномерное, характерное для данной температуры тела, распределение энергии по спектру (рисунок). При повышении температуры

излучения ФТ, испускаемый телом при температуре Т. Он определяется

39

как отношение энергии излучения W любого спектрального состава к тому времени t, за которое эта энергия испущена: ФТ=W/t; б) энергетическая светимость тела RТ при температуре Т – величина, равная отношению потока dФТ, исходящего от рассматриваемого малого участка поверхности, к площади dS этого участка: RТ=dФТ/dS; в) спектральная плотность энергетической светимости (испускательная способность тела) r T , равная отношению энергетической светимости тела dRТ, приходящейся на узкий диапазон длин волн от λ до λ+dλ, к длине этого диапазона:

потока энергии излучения, поглощённого данным телом, к потоку энергии излучения, падающей на него:

аТ Фпогл /Фпад;

д) спектральная поглощательная способность

а Т dФпогл / dФпад

показывает, какую долю монохроматического потока лучистой энергии, падающей на тело, данное тело поглощает.

Тело, поглощающее всю падающую на него энергию, называют чёрным телом. Для него a T =1 для всех длин волн, температур. Для всех реальных тел спектральная поглощательная способность меньше единицы (a T <1) и зависит от длины волны, температуры, химического состава тела и состояния его поверхности.

Тело, спектральная поглощательная способность которого меньше 1 и не зависит от длины волны падающего излучения, называют серым телом. Для серого тела a T =aT =const<1.

Между величинами r T и a T любого тела имеется взаимосвязь: отношение спектральной плотности энергетической светимости тела к его спектральной поглощательной способности не зависит от природы тела. Оно является универсальной функцией длины волны и температуры f(λ, T) и равно спектральной плотности энергетической све-

тимости чёрного тела r*T (закон Кирхгофа):

40

Математическое выражение этой функции для чёрного тела получил М. Планк в 1900 г. Для этого ему пришлось выдвинуть квантовую гипотезу, совершенно чуждую классическим представлениям, т. е. допустить, что электромагнитное излучение испускается в виде отдельных порций энергии (квантов). Причём энергия кванта ε пропорциональна частоте излучения ν: h , где h=6,626 10 34 Дж∙с

– постоянная Планка.

Исходя из квантовой гипотезы Планком была получена теоре-

данными распределения энергии по спектру во всём интервале длин волн от 0 до бесконечности для чёрного тела. Характер зависимости

(3) для разных температур показан на диаграмме (см. рисунок).

Из рисунка видно, что:

1) тепловое излучение чёрного тела имеет сплошной спектр;

41

(закон смещения Вина);

3)максимум испускательной способности при повышении температуры смещается в сторону коротких длин волн.

Отметим, что площадь ограниченной кривой r*T =( , Т) характеризует энергетическую светимость чёрного тела при данной его температуре.

Согласно (1)

Подстановкой формулы (3) в (4) и последующим интегрированием можно получить закон Стефана-Больцмана, установленный до появления формулы (3):

где 2 5k4 5,67 10 8 Вт/(м2∙К4) – постоянная Стефана-Больцмана.

15c2h3

Измерение температуры источника излучения

Испускательная способность чёрного тела может быть определена для различных длин волн и температур по формуле Планка (3). Следовательно, для узкого диапазона длин волн от λ до λ+dλ, в котором испускательную способность r*(λ, Т) можно считать постоянной, энергетическая светимость чёрного тела равна

dR* r *( ,T)d .

Если тело не является чёрным, то его испускательная способность выражается формулой

r( ,T) A( ,T)r *( ,T),

где A( ,T)<1 – спектральный коэффициент излучения тела. Следовательно, энергетическую светимость тела для диапазона

длин волн от λ до λ+dλ найдём по формуле dR* A( ,T)r *( ,T)d .

42