ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Классическая интерпретация. Экспериментальные факты. Квантовая интерпретация. Применения комбинационного рассеяния Излучение абсолютно черного тела из "Оптика " Явление Мандельштама — Бриллюэна в твердых телах. В аморфных твердых телах возможны как поперечные, так и продольные волны, распространяющиеся с различными скоростями. Каждая из волн приводит в рассеянном свете к возникновению двух сателлитов. Поэтому всего в рассеянном излучении наблюдается пять компонент, включая несмещенную. В кристаллических твердых телах число компонент увеличивается в соответствии с числом волн, распространяющихся с различными скоростями и различными направлениями колебаний, и числом электромагнитных волн, которые могут распространяться в кристалле в данном направлении. Расчет показывает, что в общем случае в кристалле возникают 24 смещенные компоненты. [c.298] Описываются основные закономерности комбинационного рассеяния. [c.298] Экспериментальные факты. Опыт показывает, что спутники сопровождают каждую линию падающего излучения, а частоты П], Пг. одинаковы для всех линий и характеризуют свойства молекулы. Система спутников симметрична относительно частоть1 падающего излучения. [c.299] Спутники со стороны больших частот называются фиолетовыми или антистоксовыми, а со стороны меньших — красными или стоксовыми. Опыт показывает, что ближайшие к центральной частоте стоксовы спутники значительно интенсивнее, чем антистоксовы, однако с повышением температуры это различие уменьшается, поскольку интенсивность антистоксовых спутников значительно растет. [c.299] Спектры излучения молекул называют полосатыми, потому что они имеют вид полос, состоящих из близко расположенных линий. Такой вид спектра обусловливается размыванием линейчатого электронного спектра излучения молекулы за счет энергетических переходов молекулы между колебательными и вращательными уровнями энергий. Энергетическое расстояние между колебательными уровнями значительно больше, чем между вращательными. Поэтому полоса в спектре образуется как бы в два этапа — на определенных расстояниях от частоты излучения в результате электронного перехода образуются линии колебательного спектра, а около каждой линии колебательного спектра образуются очень близко расположенные линии за счет вращательных переходов. Изучение спектров излучения молекул и их комбинационных спектров рассеяния показало, что комбинационные частоты П,, Пз,. .. всегда совпадают с соответствующими разностями частот колебательного спектра молекул или, другими словами, комбинационные частоты совпадают с собственными частотами колебаний молекул. Однако не всем собственным частотам колебаний молекул удается сопоставить комбинационную частоту в спектре комбинационного рассеяния и, кроме того, нет простой связи между интенсивностью линии поглощения в спектре- молекулы и соответствующей линии комбинационного рассеяния. [c.299] Классическая интерпретация (49.1) комбинационного рассеяния позволяет понять смысл комбинационных частот, но не в состоянии объяснить многие количественные закономерности В частности, непонятно, почему интенсивности стоксовых и антистоксовых компонент различны. Комбинационное рассеяние является квантовым по сво природе и может быть полностью описано лишь квантовой теорией. [c.299] Интенсивность линии комбинационного рассеяния обусловливается легкостью поляризуемости молекулы на соответствующей комбинационной частоте, а интенсивность линии поглощения определяется легкостью возбуждения колебаний молекулы излучением соответствующей частоты. Эти два физических фактора различны по своей природе, и поэтому между интенсивностями линий поглощения и соответствующих линий комбинационного рассеяния нет прямой связи. [c.300] Применения комбинационного рассеяния. Комбинационное рассеяние дает прямой метод исследования строения молекул, позволяя измерять частоты их собственных колебаний, изучать симметрию молекул, внутримолекулярные силы, молекулярную динамику и т. д. Спектры комбинационного рассеяния настолько характерны для молекулы, что с их помощью можно проводить анализ строения сложных молекулярных смесей, когда химические методы анализа не дают желаемых результатов. [c.300] Излагается классическая и элементарная квантовая теория излучения абсолютно черного тела. Анализируются свойства индуцированного излучения. [c.302] Равновесная плотность излучения. Предиоложик . что некоторый объем пространства с находящимися в нем материальными телами окружен замкнутой адиабатной оболочкой. По истечении достаточно большого промежутка времени между материальными телами в полости, замкнутой оболочкой, и излучением в полости установится термодинамическое равновесие. Все тела будут иметь одинаковую температуру Т, а излучение в полости определенную спектральную плотность излучения, называемую равновесной. [c.302] Первый закон Кирхгофа. Равновесная спектральная плотность иь зависит только от температуры Г и не зависит от свойств и природы тел, находящихся в полост1и, и от свойств и природы стенок полости. [c.302] Классическая физика оказалась не в состоянии объяснить теоретически вид функции W(o(7), измеренной экспериментально. Предельные случаи Wa (7) при достаточно малых и достаточно больщих частотах были теоретически обоснованы формулами Рэлея—Джинса и Вина. Общая формула как интерполяционная формула для предельных случаев была найдена План-ком. Она положила начало развитию квантовой теории. [c.304] Направление распространения, поляризация и фаза волны вынужденного излучения совпадают с соответствующини характеристиками волны вынуждающего излучения. [c.305] Положение максимума спектральной плотнЬсти излучения абсолютно черного тела зависит от шкалы, для которой определяется спектральная плотность излучения. Максимум спектральной плотности излучения по шкале частот приходится на более длинные волны, чем по шкале длин волн. [c.305] Она называется формулой Вина (1896) и дает хорошее совпйдение с экспериментом в области достаточно больших частот. Если взять спектр солнечного излучения (см. рис. 1), то с помощью формулы Рэлея—Джинса удается описать лишь частоты, много меньшие тех, на которые приходится максимум плотности излучения, а с помощью формулы Вина — только большие частоты, далеко за максимумом. Промежуточную область долго не удавалось описать. [c.306] Соотношение (50.25) называется формулой Стефана — Больцмана, а — постоянной Стефана— Больцмана. [c.306] Элеме1ггарная квантовая теория. Получить формулу Планка в рамках классических представлений невозможно. Однако ее удается обосновать с помощью элементарных рассуждений, основывающихся на квантовьгх представлениях об излучении и поглощении света. Хотя эти рассуждения не дают полного количественного решения задачи об излучении абсолютно черного тела, они дают достаточно ясное представление о механизме динамического равновесия между излучением и материальными телами. [c.307] В термодинамическом равновесии нaxoдяV я оболочка полости тела и излучение в полости. Излучение представляется совокупностью квантов с энергией е = На . Кванты могут поглощаться атомами, которые при этом переходят на более высокий энергетический уровень с энергией =Ео + йсо, где Ео — исходный энергетический уровень атома. При переходе атома с уровня 1 на Ео излучается квант с энергией Е1 — Ео = = Ь(й. Обозначим эти уровни индексами О и 1 (рис. 273) и назовем соответственно нижним и верхним уровнем. [c.307] Коэффициенты Эйнштейна. В 1917 г. А. Эйнштейн (1879—1955) предложил элементарную квантовую картину динамического равновесия между излучением и материальной федо1 приводящую к правильной формуле излучения абсолютно черного тела. [c.308] Величины A q, 5,0, Bq называют коэффициентами Эйнштейна. [c.308] Вернуться к основной статье