В чем разница между телом, которое просто отражает падающий на него свет, и телом, которое его поглощает и излучает (как черное тело в тепловом равновесии)?
Как можно экспериментально различить эти два сценария с помощью простых измерений? (Я думаю, что отраженный и прошедший свет не меняют температуру тела, в отличие от испускаемого и поглощаемого света. Верно ли это и можно ли экспериментально определить разницу между излучением и отражением, используя эту информацию?)
И каковы механизмы отражения и излучения? (Я думаю, что испускание связано с переходом электрона. Но как фотон решает, отражаться или проходить, если он не поглощается?)
Когда фотон взаимодействует с атомом, могут произойти три вещи:
при упругом рассеянии фотон сохраняет свою энергию и меняет угол
при неупругом рассеянии фотон отдает часть своей энергии атому и меняет угол
поглощение, фотон отдает всю свою энергию атому, а поглощающий электрон переходит на более высокий энергетический уровень в соответствии с КМ
Теперь вы спрашиваете, в чем разница между поглощением и отражением, то есть упругим рассеянием:
поглощение изменит фазу фотона, фотон перестанет существовать, и вся его энергия будет передана атому, а атом испустит новый фотон или больше, которые могут иметь другой уровень энергии и фазу.
отражение, то есть упругое рассеяние, не изменит энергию фотона и даст вам настоящее зеркальное отражение. Реальные зеркальные изображения не только сохраняют энергию отдельных фотонов, но также сохраняют фазу фотонов относительно друг друга, поэтому относительный угол фотонов не изменится. Так сохраняется зеркальное отражение.
поглощение и переизлучение дадут вам измененный угол, как и отражение, но изменение угла будет разным для каждого фотона. Проблема с поглощением и переизлучением заключается в том, что релаксация электрона может происходить в несколько этапов, что называется каскадами, и поэтому энергия исходного фотона может отличаться от энергии испущенного фотона, поскольку будет два или более фотонов. излучаемый.
Теперь вы спрашиваете, как вы можете экспериментально различить, что делается путем проверки энергии и фазы исходных фотонов и отраженного/повторно излучаемого света, а также того, является ли возвращающийся свет рассеянным или зеркальным:
для отражения отраженный свет всегда зеркальный, что означает зеркальное отражение, что означает, что относительный угол фотонов остается неизменным.
для поглощения и переизлучения переизлучение является диффузным, что означает, что относительный угол фотонов является случайным.
Вы спрашиваете, как атом решит, будет ли он отражать или поглощать. Вот в чем вопрос, как атом решит, упруго рассеять фотон или поглотить его:
если энергия фотона совпадает с разницей энергетических уровней атома, то атом с большой вероятностью поглотит фотон.
если энергия фотона меньше или выше разности энергетических уровней атома, то фотон с большой вероятностью может рассеяться на атоме.
Это будет неупругое рассеяние, передающее колебательные энергии молекулам, если энергия фотона больше разности энергетических уровней атома. Это будет упругое рассеяние, то есть отражение, если энергия фотона меньше разности энергетических уровней атома. Поэтому решение принимается на основе вида материала и энергии фотона.
В обоих случаях свет, падающий на объект, представляет собой вибрирующее электромагнитное поле. Это заставляет электроны в объекте вибрировать и может сделать их более энергичными.
Зеркало — это гладкий объект со свободными электронами. Свет заставляет их вибрировать. Колеблющиеся электроны ускоряются. Ускоренные электроны излучают. Для зеркала излучение такое же, как и приходящее излучение, но в другом направлении. Если поверхность не гладкая, на ней много маленьких зеркал во многих направлениях.
В некоторых объектах свет дает электронам энергию, а электроны передают эту энергию окружающим их атомам. Это заставляет атомы вибрировать больше, делая их более горячими. Энергия передается случайным образом. В некоторых случаях энергичные электроны испускают излучение. В этом случае испускаемое излучение не так прямо связано с приходящим излучением. Уходящее излучение зависит главным образом от температуры объекта.