Физическая природа излучения

Основные понятия об оптическом диапазоне и его волновые свойства.

Оптической частью спектра электромагнитных излучений называют диапазон, состоящий из видимой области и примыкающих к ней ультрафиолетовой и инфракрасной областей. границы между областями, носящими различные названия, условны. Оптическое излучение создается колебаниями зарядов в атомах и молекулах. К нему примыкает:

· с коротковолновой стороны рентгеновское излучение, возникающее при торможении быстрых электронов;

с длинноволновой стороны радиоэлектромагнитное излучение

В настоящее время приняты следующие границы оптического излучения: от 1 нм до 1 мм [1]. Коротковолновая (фиолетовая) граница видимого излучения принимается лежащей между 380 и 400 нм, длинноволновая (красная) - между 760 и 780 нм.

оптическое излучение можно характеризовать частотой , иливолновым числом - спектроскопии.

Частота является более универсальной характеристикой, так как длина волны меняется в оптических средах вследствие изменения скорости света, тогда как частота остается постоянной.

при рассмотрении взаимодействия излучения с веществом можно прийти к следующим общим выводам. Излучение с любой длиной волны при его поглощении веществом может перейти в тепло. Однако для коротковолнового излучения (например, ультрафиолетового) велика вероятность того, что его энергия не перейдет в тепло, а вызовет фотоэффект, произведет фотохимическое действие, возбудит люминесценцию. Чем больше длина волны, тем реже наблюдаются такие эффекты. Длинноволновое инфракрасное излучение удается наблюдать, как правило, лишь по его тепловому действию.

Спектральный состав потока излучения можно считать известным, если дана мощность излучения в любом заданном участке спектра.

Рис. 1.2. Спектральный состав потока излучения:

1 – поток излучения ; 2 – спектральная плотность ;

3 – спектральная плотность потока излучения в видимом диапазоне

Один из самых простых и естественных способов его графического представления показан на рис. 1.2, где вдоль оси абсцисс отложена какая-нибудь спектральная координата, например длина волны ,а по оси ординат - мощность излучения , имеющего длины волн более короткие, чем .

Физическая природа излучения

Излучение (радиация) является одной из форм существования материи в виде электромагнитных волн. Характерной особенностью излучения является корпускулярно-волновой дуализм

Фотон – элементарная частица излучения, энергия которой (квант) равна , (1.1)

где h=6,626·10^-34 – постоянная Планка (Дж·с); ν – частота излучения (Гц).

Корпускулярные свойства фотона определяются его массой m_ф=Е/с₀² и энергией импульса Р_ф=h ν/c. Фотон всегда находится в движении и массой покоя m₀ не обладает.

Энергия коротковолнового кванта может оказаться достаточной для того, чтобы в результате элементарного акта поглощения освободить электрон, возбудить атом, вызвать перестройку или диссоциацию молекулы. Кванты длинноволнового излучения слишком малы для этого.

Рассматривая взаимодействие излучения с веществом, энергию кванта часто выражают в электрон-вольтах:

(1.2)

Если подставить в уравнение (1.2) справочные данные, то получится, что энергия кванта в электрон-вольтах (эВ) равна:

, (1.3)

где - в Гц, а - в мкм. Длины волн 0,4 мкм и 0,78 мкм (границы видимого спектра) соответствуют энергиям квантов 3,26 и 1,63 эВ.