Эйнштейн излучения

Происходящих на стенках. Излучение внутри замкнутой полости находится в тепловом равновесии со стенками, т. е. должно существовать равновесие между испущенным и поглощенным излучением. Процессы, протекающие на атомном уровне при испускании и поглощении излучения в замкнутой полости, впервые были рассмотрены Эйнштейном в 1917 г. Он считал, что вероятность перехода атома из данного энергетического состояния в более низкое энергетическое состояние с испусканием фотона имеет вид [c.321]

Эйнштейн показал, что при тепловом равновесии атомов с полем излучения из термодинамических соображений можно получить [c.321]

Хотя отношение коэффициентов Эйнштейна было известно, сами значения А и В не могли быть вычислены без развития квантовой механики. В 1927 г. Дирак показал, как это в принципе можно осуществить. Методы, использованные для выполнения таких вычислений, не просты, и интересующийся читатель отсылается за подробностями к работам по квантовой механике (см., например, [78]). Прямые вычисления излучательных и поглощательных свойств реальных материалов в общем случае чрезвычайно сложны и для термометрии бесполезны. Однако атомный аспект теплового излучения позволяет воспользоваться соотношением между коэффициентами Эйнштейна, чтобы получить полезное различие между квантовой и классической областями. [c.321]

Энергия за вычетом этих слагаемых называется внутренней энергией (U). Она сосредоточена в массе вещества и в электромагнитном излучении, т. е. это сумма энергии излучения, кинетической энергии движения составляющих вещество микрочастиц, потенциальной энергии из взаимодействия и энергии, эквивалентной массе покоя всех этих частиц согласно уравнению Эйнштейна. При термодинамическом анализе ограничиваются каким-либо определенным уровнем энергии и определенными частицами, не затрагивая более глубоко лежащих уровней. Для химических процессов, например, несущественна энергия взаимодействия нуклонов в ядрах атомов химических элементов, поскольку она остается неизменной при химических реакциях. В роли компонентов системы в этом случае могут, как правило, выступать атомы химических элементов. Но при ядерных реакциях компонентами уже должны быть элементарные частицы. Внутренняя энергия таких неизменных в пределах рассматриваемого явления структурных единиц вещества принимается за условный уровень отсчета энергии и входит как константа в термодинамические соотношения. [c.41]

Понятие о световом кванте. Формула (15.3а) получена, как мы уже видели, на основе качественно новой — квантовой — теории, согласно которой излучение и поглощение света происходит порциями — квантами. В дальнейшем А. Эйнштейн выдвинул гипотезу о том, что не только поглощение и излучение, а также распространение света происходит дискретно, порциями. Кванты света получили название фотонов. [c.338]

Как было указано, Эйнштейн, развивая идею Планка, сделал второй шаг на пути развития квантовой теории, выдвинув новую гипотезу, согласно которой само электромагнитное излучение состоит из отдельных корпускул (квантов) — фотонов с энергией о = и импульсом р hv/ . Гипотеза Эйнштейна в дальнейшем была подтверждена многочисленными экспериментальными фактами и легла в основу объяснения ряда оптических явлений, с которыми не могла справиться волновая теория света. [c.338]

Как уже было отмечено, Эйнштейн (1905 г.), развивая квантовую теорию Планка, выдвинул идею, согласно которой не только излучение и поглощение, но и распространение света происходит порциями (квантами), энергия и импульс которых [c.343]

Ато.мы, находящиеся в основном состоянии Ei, поглощая внешнее излучение с энергией hv = — i, переходят из основного в возбужденное состояние. Вероятность такого процесса будет пропорциональной коэффициенту Эйнштейна В - [c.380]

Атомы, находящиеся в возбужденном состоянии Е , подвергаясь действию внешнего излучения с энергией hv = Еп — Е , вынужденным образом переходят в основное состояние, излучая при этом квант с энергией hv = Е — Ei. Вероятность этого процесса будет пропорциональной коэффициенту Эйнштейна В.ц. [c.380]

Фотоны. Объяснение основных законов фотоэффекта было дано Альбертом Эйнштейном (1879—1955) в 1905 г. Гипотезу Планка об излучении света в виде отдельных порций — квантов с энергией, пропорциональной частоте света, А. Эйнштейн дополнил предположением о дискретности, локализации этих квантов в пространстве. [c.301]

В последующие несколько лет исчезли всякие сомнения в значении идей о квантовании энергии и справедливости формулы Планка, которая была использована в самых различных областях физики. Более того, наличие этой формулы стимулировало введение новых понятий, значение которых проявилось лишь в последующие десятилетия. Для иллюстрации этого приведем основы вывода формулы Планка, который был предложен Эйнштейном в 1916 г. В этом выводе было впервые введено понятие вынужденного излучения, играющее основную роль в механизме генерации мазеров и лазеров. [c.426]

Развивая квантовые представления, Эйнштейн выдвинул гипотезу, что носителем кванта энергии света является своеобразная частица — фотон. Следовательно, энергия не только излучается и поглощается квантами, но и между этими процессами проявляется в виде частицы, которая возникает при излучении света и погибает при его поглогцении. Между этими превращениями фотон движется со скоростью, равной скорости света в вакууме и<1> = с). [c.444]

Сформулируйте идею вывода формулы Планка по Эйнштейну. Что тако(, вынужденное излучение и почему возникли принципиальные трудности обнаружения его в оптическом диапазоне [c.460]

В 1916 г. в связи с анализом проблемы равновесного теплового излучения Эйнштейн дополнил квантовую теорию Бора количественным описанием процессов поглощения и испускания света. Новые понятия и представления, введенные Эйнштейном, полностью сохранили свое значение до наших дней и служат основой теоретического анализа большинства вопросов, касающихся интенсивности линий испускания и поглощения. [c.730]

Существование вынужденных переходов и вынужденного испускания непосредственно следует из целого ряда опытных фактов и теоретических соображений. Эйнштейн показал, что постулаты Бора не противоречат твердо установленным законам теплового излучения, только если принять в расчет вынужденные переходы. Приведем вывод формулы Планка по Эйнштейну. [c.735]

Если в ходе выкладок не принять во внимание вынужденное испускание, то, как легко проверить, мы придем к формуле вида (211.14), но без единицы в знаменателе. Следовательно, теория Эйнштейна не противоречит законам теплового излучения, только если допустить существование вынужденного испускания. Если же принять постулат о вынужденном испускании, то можно [c.736]

Итак, опираясь на общие законы теплового излучения, надежно подтвержденные опытом, и на новые квантовые представления о процессах испускания и поглощения света, Эйнштейн вывел формулу Планка и тем самым показал, что зарождавшаяся в то время квантовая теория находится в соответствии с одним из фундаментальных законов физики. [c.737]

Волны, испущенные в результате вынужденных переходов, обладают, как показал Эйнштейн, следующей важной особенностью их частота, фаза, направление распространения и состояние поляризации такие же, как у излучения, вызвавшего переходы. Другими словами, индуцированно испущенные фотоны неотличимы от фотонов, падающих на атомы, и роль индуцированного испускания сводится только к увеличению амплитуды поля. [c.739]

Если атом находится в возбужденном состоянии 2 и не испытывает внешних воздействий, то он может самопроизвольно (спонтанно) перейти в состояние 1, обладающее меньшей энергией, отдавая при этом избыток энергии 2— 1 в виде излучения (см. рис. 24.6). Такой процесс называется спонтанным испусканием света. Характеристикой этого процесса является вероятность Ап спонтанного перехода 2—в единицу времени. Величина А21 называется также коэффициентом Эйнштейна для спонтанного перехода. [c.142]

Объяснение распределения энергии в спектре равновесного теплового излучения и явления внешнего фотоэффекта было дано на основе допущения, что свет испускается и поглощается отдельными квантами. Эйнштейн пошел дальше, выдвинув гипотезу, что свет и распространяется в виде отдельных квантов — фотонов. [c.162]

Выражения для коэффициентов Вп и В21 и их связь с Л21 выводятся в квантовой электродинамике на основе термодинамических соображений. Приведем здесь вывод связи между коэффициентами Эйнштейна, для чего рассмотрим замкнутую полость, стенки которой испускают и поглощают электромагнитное излучение. При статистическом равновесии излучение внутри полости характеризуется спектральной плотностью v.r, определяемой формулой Планка [c.270]

Проблемы теплового излучения 36 2.2. Формула Планка 42 2.3. Световые кванты Эйнштейна 46 2.4. Вывод формул Рэлея -Джинса и Планка по современной теории (переход от световых волн к фотонам) 52 [c.15]

Современная физика установила взаимосвязь энергии и массы (знаменитое соотношение Эйнштейна Е=тс ). Установление этой взаимосвязи не оставляет никаких сомнений в том, что масса Солнца, как и любой другой звезды, непрерывно уменьшается в процессе излучения. Так что прав был Лукреций. [c.21]

Гипотеза о квантовании энергии излучения. В 1905 г. появилась работа Эйнштейна Об одной эвристической точке зрения, касающейся возникновения и превращения света . Ограничиваясь областью достаточно высоких частот, Эйнштейн воспользовался формулой Вина (2.2.И) или, точнее говоря, формулой Планка (2.2.9) в предельном случае. Придерживаясь хода рассуждений Эйнштейна, проделаем следующие несложные выкладки. Энергия излучения частоты 0J, содержащаяся в объеме V, есть [c.46]

И вот Эйнштейн делает вывод Монохроматическое излучение в смысле теории теплоты ведет себя (в пределах области применимости закона излучения Вина) так, как будто оно состоит из взаимно независимых квантов энергии . Забегая вперед, заметим, что впоследствии, говоря о световых квантах, Эйнштейн уже не вводил ограничения областью высоких частот. [c.47]

Уравнение Эйнштейна. Полагая, что излучение не непрерывно, а состоит из квантов энергии йсо, Эйнштейн сделал вывод, что оно не только испускается, но и поглощается в виде квантов. При облучении вещества светом его электроны получают энергию не непрерывно, а порциями. Электрон полностью поглощает энергию одной порции. Так что ни о каком раскачивании электрона, ни о каком постепенном накоплении им энергии, достаточной для вылета из вещества, не может быть и речи. Если энергия Йсо одной порции достаточна для освобождения электрона из данного материала, то фотоэффект наблюдается, причем, естественно, без запаздывания . В этом случае чем больше интенсивность света (чем больше в световом пучке квантов), тем чаще будут происходить акты поглощения кванта электроном и тем, следовательно, больше будет сила фототока. Если же энергии одного кванта недостаточно, чтобы освободить электрон, то фотоэффекта не будет, сколько бы таких квантов ни падало на вещество. Подразумевается, что конкретный электрон может поглотить сразу только один квант вероятность же одновременного поглощения электроном двух (или более) квантов ничтожно мала. Таким образом, возникновение фототока зависит не от определяющего интенсивность света количества квантов в световом пучке, а от энергии кванта со и, следовательно, от частоты света. [c.49]

Световые кванты Эйнштейна. Дискретность излучения понималась вначале как квантование энергии излучения. Позднее, в 1916 г., Эйнштейн сделал следующий шаг и показал, что каждая порция излучения характеризуется не только энергией е=А(о, но и импульсом [c.50]

Соотношение (3.1.11) известно как правило частот Бора. Оно представляет собой сердцевину теории Бора. Во-первых, из него следует, что частота испускаемого атомом излучения не зависит от частоты вращения электрона по той или иной орбите, а определяется разностью энергий соответствующих уровней надо поделить эту разность энергий на постоянную Планка. Сточки зрения классической теории это обстоятельство является не менее революционным, чем постулирование стационарных орбит или квантование момента импульса и энергии. Любопытно, что, когда Эйнштейн ознакомился с работой Бора, он воскликнул Но в таком [c.65]

Первый вопрос таков. Чем вызываются те или иные квантовые переходы Какова роль излучения, находящегося вблизи атома Ответ на этот вопрос дал в 1916 г. Эйнштейн мы поговорим об этом в 3.2. [c.67]

В 1916 г. А. Эйнштейн предсказал, что персмоды электрона в атоме с верхнего апергетического уровня на нижний С испусканием излучения могут происходить под влиянием внешнего электромагнитного поля. Такое излучение называют вынужденным или индуцированным. [c.314]

Разберемся подробнее в этом важном вопросе. Соотношение Annl mn указывает, что отношение коэффициентов Эйнштейна для спонтанного и вынужденного переходов при переходе от видимой части спектра (л 10" см) к метровым радиоволнам должно уменьшиться примерно в 10 раз. Поэтому не должна удивлять разница в механизме процессов излучения для этих двух столь различных диапазонов спектра электромагнитных волн. [c.429]

Эта новаторская идея открыла пргшципиальную возможность выбора способов выделения, давно предсказанного Эйнштейном, вынужденного излучения в оптическом диапазоне. [c.430]

Выше неоднократно обсуждались многообразные физические причины, обусловливающие немонохроматичность света, испускаемого атомами и молекулами (см. 4, 14, 22, 158, 210). В результате нерегулярных, статистических возмущений, испытываемых излучающим атомом со стороны остальных частиц среды, излучение представляет собой последовательность волновых цугов, некогерентных между собой и отличающихся по амплитуде, фазе и частоте. Анализ волновых цугов, основанный на теореме Фурье, позволяет вычислить контур линии (см. 22), т. е. выяснить в каждом конкретном случае вид зависимости спектральной плотности коэффициентов Эйнштейна от частоты. [c.740]

Из условия пространственной синфазности (222.4) видно, что фазы ф/ волн SJ должны изменяться в зависимости от положения излучающегося атома по такому же закону, по которому изменяется фаза в световой волне. Это означает, что агентом, фазирующим излучение атомов, должна быть световая же волна. Вместе с тем, в гл. XXXIII указывалось, что для микроскопического описания спектральных свойств теплового излучения А. Эйнштейн ввел представление о вынужденном испускании. Одно из основных свойств вынужденного испускания состоит в том, что волны, излучаемые атомом в этом процессе, имеет такую же частоту и такую же фазу, что и действующая на атом волна. Благодаря указанному свойству, как будет показано в 223, фазнровка излучения удаленных атомов может обеспечиваться вынужденным испусканием. [c.774]

Следует иметь в виду, что зависимость коэффициента усиления а(м) от плотности излучения и(ш) по гиперболическому закону (224.4) справедлива лишь для сравнительно простой модели среды. Из (224.4) видно, в частности, что спектральная плотность коэффициента Эйнштейна ат (и>) для всех атомов предполагается одинаковой. Если принять во внимание столкновения, движение атомов и связанный с ним эффект Допплера, немонохроматичность излучения и другие обстоятельства, то вид зависимости а(ш) от ц(со) будет иной. Однако уменьшение a(oj) с ростом п(ш) является общей 3 акономерностью. [c.778]

В 19П7 г. Эйнштейн предложил модель, которая позволила качественно объяснить указанное поведение теплоемкости. При выборе модели он исходил из квантовой гипотезы М. Планка. Планк (1900), решая математически задачу о спектральном распределении интенсивности излучения абсолютно черного тела, выдвинул гипотезу, коренным образом противоречащую всей системе представлений классической физики. Согласно этой гипотезе, энергия микроскопических систем (атомы, молекулы) может принимать только конечные дискретные квантовые зиаче-ния Е=пг, где = 0, 1, 2, 3,... —положительное целое число e = /zv = 7i o — элементарный квант энергии-, v — частота со — круговая частота /г = 2л Й—универсальная постоянная постоянная Планка). [c.165]

Кроме спонтанного испускания и поглощения Эйнштейн ввел представление о вынужденном (индуцированном или стимулированном) испускании. Под действием внешнего электромагнитного поля атомы, находящиеся в возбужденном состоянии (например, на уровне 2), могут согласно Эйнштейну либо поглощать энергию, переходя на более высокий уровень, либо, наоборот, отдавать энергию к = Ё2— ь возвращаясь на более низкий уровень энергии. Такие переходы являются вынужденными и обусловливают вынужденное испускание. Вероятность этих переходов в единицу времени есть 2lWv Величина Б21 называется коэффициентом Эйнштейна для вынужденного испускания. Если внешнее поле отсутствует (и = 0), то вынужденные переходы не происходят. Таким образом, внешнее электромагнитное поле вызывает переходы, сопровождающиеся как поглощением, так и испусканием энергии. Следует отметить, что существование вынужденного испускания не противоречит и классической теории. Согласно законам электродинамики электромагнитная волна, падающая на колеблющийся диполь, в зависимости от соотношения фаз их колебаний может усиливать или тормозить колебания диполя. Иными словами, излучение, падающее на атом, может заставлять последний не только поглощать, но и испускать соответствующие кванты энергии. [c.143]

Закон Эйнштейна и соотношение /гv D справедливы лишь для сравнительно малой интенсивности света. Если интенсивность света велика (мощное лазерное излучение), то одновременно может поглотиться два, три и более фотонов и энергия Д, необходимая для первичного фотопревращения, будет складываться из энергии многих фотонов. Возможно и последовательное поглощение нескольких фотонов одной н той же молекулой. [c.190]

Спонтанное испускание. Эйнштейн сформулировал за-liOH спонтанного испускания как вероятностный закон в отсутствие внешнего поля излучения существует определенная вероятность самопроизвольного перехода частицы с более высокого энергетического уровня 2 с энергией El на более низкий уровень 1 с энергией Е (рис. 35.1, а). Число переходов в единицу времени называется вероятностью перехода Ап- [c.268]

Вынужденное испускание. Гипотеза Эйнштейна относительно вынужденного испускания состоит в том, что под действием электромагнитного поля частоты V молекула может, во-первых, перейти с более низкого энергетического уровня Е1 на более высокий 2 с поглощением кванта энергии кх = Е2— 1 (рис. 35.1,6) и, во-вторых, перейти с более высокого уровня 2 на более низкий 1 с испусканием кванта энергии Ау = 2— ( (рис. 35.1, в). Первый процесс принято называть поглощением, второй — вынужденным (индуцированным или стимулированным) испусканием. Скорость каждого из этих процессов пропорциональна соответствующим вероятностям 12 и 21 , где 12 и 21 — коэффициенты Эйнштейна для поглощения и вынужденного испускания и — спектральная плотность излучения. Согласно принципу детального равновесия при термодинамическом равновесии число квантов света йп, поглощенных за время (11 при переходах / —>- 2, должно равняться числу квантов с1п2, испущенных в процессе обратных переходов 2- 1. Число поглощенных квантов согласно Эйнштейну пропорционально спектральной плотности радиации и и числу частиц П на нижнем уровне [c.269]

Драма идей (Эйнштейн). Идеи Планка по многим причинам не привлекли сначала особого внимания физиков. Во-первых, теория излучения в эти годы не была центральной проблемой, внимание ученых было сосредоточено на таких крупнейших событиях, как открытие радиоактивности А. Беккерелем (1896) и открытие электрона Д. Томсоном (1897). Это было время острых нападок Э. Маха, В. Оствальда и других на основы молекулярно-кинетической теории. Во-вторых, немалую роль играла и необычность предположений, положеьшых Плаыком в основу вывода формулы. Они находились в полнейшем противоречии с законами классической физики, согласно которой обмен энергией между отдельными излучателями и электромагнитным полем мог быть только непрерывным (происходить в любых количествах). Планковская гипотеза трактовала его как прерывный, дискретный процесс. В то же время ученые не могли не замечать очевидного факта — формула (108), полученная на основе резко расходящейся с классической физикой гипотезы, прекрасно описывала опытные данные. Необходимо было по-ново-му осмыслить предпосылки вывода. [c.156]

Так, Планк предполагал, что излучение только испускается порциями. Он связывал это с особенностями механизма испускания излучения атомами и молекулами вещества. Само же излучение существовало, как полагал Планк, не в виде квантов, а в виде непрерывной сущности , в виде непрерывных электромагнитных волн в пространстве. Однако такие представления казались не вполне состоятельными, так как в этом случае непрерывная световая энергия должна была бы где-то ждать возможности порциоиного поглощения атомами вещества иначе говоря, непрерывная энергия должна была бы каким-то образом разбиваться на кванты перед поглощением (такое возражение выдвигал Пуанкаре). Под влиянием подобной критики Планк выдвинул так называемую гибридную гипотезу, согласно которой излучение испускается квантами, а поглощается непрерывно. Однако допущение столь разных физических механизмов испускания и поглощения излучения не могло не казаться довольно странным. Напрашивался единственный выход признать, что само излучение не непрерывно, а состоит из отдельных порций (квантов), Сделать такой вывод Планк все же не решился. Это сделал Эйнштейн. [c.46]

К представлениям о световых квантах привели два направления исследований. Первое связано с проблемой теплового излучения, второе — с атомными спектрами. Первоначально эти направления развивались независимо друг от друга. Так было до 1916 г., когда появились фундаментальные работы Эйнштейна Испускание и поглощение излучения по квантовой теории и К квантовой теории излучения . В первой работе, опираясь на теорию Бора, Эйнштейн рассмотрел задачу о взаимодействии равновесного излучения с равновесной системой испускаюш,их и поглош,ающих атомов. Он показал, что для получения формулы Планка надо наряду с поглош,ением и спонтанным испусканием рассмотреть дополнительный процесс испускания, который может быть назван индуцированным (вынужденным). Во второй работе обоснована необходимость учитывать изменение импульса атома при испускании или иоглощении им светового кванта здесь же сделан вывод, что импульс светового кванта равен /ioj/с. [c.68]

Вопросы, рассматриваемые в иастояш,ем параграфе, соответствуют содержанию указанных работ Эйнштейна и прежде всего его знаменитой работы Испускание и поглощение излучения по квантовой теории . Эта работа не только способствовала становлению квантовой оптики, но и заложила основы квантовой электроники — иаучно-техниче-ского направления, получившего развитие во второй половине нашего столетия. [c.68]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...