Спектр испускания нагретого тела

Закон Киргофа

Отношение испускательной и поглощательной способностей не зависит от природы тела и является для всех тел одинаковой функцией частоты и температуры:

Поскольку 1, то универсальная функция Киргофа является спектральной плотностью энергетической светимости (излучательной способностью) АЧТ.

Закон Стефана-Больцмана

Определяет интегральную энергетическую светимость АЧТ. Закон открыт экспериментально.

Интегральная энергетическая светимость АЧТ пропорциональна 4 степени термодинамической температуры:

Где – = 5,67· 10^-8 Вт/(м²K⁴) – постоянная Стефана-Больцмана

Закон Стефана-Больцмана ничего не говорит о спектральном составе излучения

Й закон Вина

Экспериментально установлено, что с повышением температуры смещается максимум излучения.

Закон смещения Вина: длина волны, при которой излучательная способность АЧТ максимальна, обратно пропорциональна температуре:

Где:

= 2,9 ·10^-3 м·К

- постоянная Вина

Й закон Вина

Максимальное значение испускательной способности абсолютно чёрного тела прямо пропорционально пятой степени его термодинамической температуры:

Однако эта формула не работает при малых частотах

 

55) Квантовая гипотеза Планка

Макс Планк в 1900 году предположил, что энергия в атомах излучается не непрерывно, а квантами!

Энергия кванта:

Где = 6,626 · 10^-34 Дж·с – постоянная Планка (размерность совпадает с размерностью импульса)

 

Формула Планка

Предполагая что энергия осциллятора может принимать только определенные дискретные значения, Планк получил формулу:

Формула Планка обобщает все ранее полученные закономерности: она переходит в формулу Рэлея-Джинса при малых частотах и в формулу Вина – при больших; кроме того из нее получаются закон Стефана-Больцмана и закон смещения Вина.

Масса и импульс фотона

Используя выражения:

 

 

Получаем выражения для:

Энергии:

Массы:

Импульса:

Природа и источники света Электромагнитное излучение создается в процессе взаимодействия заряженных частиц. Оптимальным условием для этого будет тепло, которое имеет непрерывный спектр. Максимум излучения зависит от температуры источника. Отличным примером процесса является Солнце. Его излучение близко к аналогичным показателям абсолютно черного тела. Природа света на Солнце обуславливается температурой нагревания до 6000 К. При этом около 40% излучения находится в пределах видимости. Максимум спектра по мощности располагается вблизи 550 нм.

Природа света может быть связана и с люминесценцией. Это касается и искусственных источников, и органических. Пример: хемилюминесценция, сцинтилляция, фосфоресценция и др.

Фотоэффект

Фотоэлектрический эффект бывает внутренним (увеличение проводимости за счет облучения), вентильным (создание ЭДС за счет освещения границы двух полупроводников или полупроводника и металла) и внешним.

Внешним фотоэлектрическим эффектом (внешним фотоэффектом) называется испускание электронов веществом под действием света.

К – катод (металл)

А – анод (приемник)