Абсолютно черное тело. Закон Кирхгофа для теплового излучения.

Модель абсолютно черного тела: Абсолютно черное тело – полость с небольшим отверстием. Площадь полости много больше площади отверстия. Если луч падает в полость и не проходит через центр полости, то луч может бесконечно отражаться в полости, энергия будет уменьшаться и в конце концов, она поглотиться!

Закон Кирхгофа:

Тела могут обмениваться между собой энергией только путем испускания и поглощения.

Опыт показал, что через некоторое время система придет в состояние теплового равновесия, то есть, все тела будут иметь одну и ту же температуру, равную температуре оболочки. В таком состоянии тело, обладающее большей испускательной способностью в единицу поверхности за единицу времени, теряет больше энергии, чем тело с меньшей испускательной способностью. Тело, больше испускающее за единицу времени в единицу поверхности, больше и поглощает.

Для каждого отдельно взятого тела, излучательная и испускательная способность существенно зависит от длины волны и температуры. Отношение этих величин не зависит от природы тела, а определяется только частотой и температурой.

Закон Стефана-Больцмана. Распределение энергии в спектре абсолютно черного тела. Закон Вина

Закон смещения Вина — длина волны — на которую приходится максимум энергии в спектре равновесного излучения, обратно пропорциональна абсолютной температуре излучающего тела

Смещение длины волны в зависимости от температуры хорошо иллюстрируется экспериментальными кривыми, изображенными на рисунке.

Квантовая гипотеза. Формула Планка.

Согласно квантовой теории Планка, атомные осцилляторы излучают энергию не непрерывно, а определенными порциями -- квантами, причем энергия ванта пропорциональна частоте колебания , где -- постоянная Планка. Т. к. излучение испускается порциями, то энергия осциллятора (стоячей волны) может принимать лишь определенные дискретные значения, кратные целому числу эл-тарн порций энергии : (n=0,1,2,…). Ф-ла Планка (нахождение универсальной функции Кирхгофа):

, где , -- спектральные плотности энергетической светимости ЧТ, -- длина волны, -- круговая частота, с – скорость света в вакууме, к – постоянная Больцмана, Т – термодинамическая температура, h – постоянная Планка, -- постоянная Планка, дел.на =

39. Фотоэффект. Законы фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта.

Фотоэффект возникает при взаимодействии вещества с поглощаемым электромагнитным излучением.

Различают внешний и внутренний фотоэффект.

Внешним фотоэффектом называется явление вырывания электронов из вещества под действием падающего на него света.

Внутренним фотоэффектом называется явление увеличения концентрации носителей заряда в веществе, а следовательно, и увеличения электропроводности вещества под действием света. Частным случаем внутреннего фотоэффекта является вентильный фотоэффект — явление возникновения под действием света электродвижущей силы в контакте двух различных полупроводников или полупроводника и металла(внешний фотоэффект был открыт в 1887 г. Г. Герцем, а исследован детально в 1888—1890 гг. А. Г. Столетовым).

Вентильный фотоэффект - это возникновение ЭДС при освещении контакта полупроводников (полупроводника и металла) при отсутствии внешнего поля.Это путь прямого преобразования солнечной энергии в электрическую.

 

В 1888-1890 годах А.Г. Столетов провел систематическое иссле­дование внешнего фотоэффекта. Облучая катод светом различных длин волн, Сто­летов установил следующие свойства фотоэффекта:

· под действием света веще­с­тво теряет толь­ко отрицательные заряды;

· наиболее эффективное дей­ствие оказы­вают ультрафиолетовые лучи;

· фотоэффект практически без­ынер­цио­нен, т.е. промежуток времени между моментом освещения и началом разрядки ничтожно мал.

Законы фотоэффекта:

1. Число фотоэлектронов, вырываемых за 1 с с поверхности катода, пропорционально интенсивности света, падающего на это вещество.

2. Кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а зависит линейно от его частоты.

3. Красная граница фотоэффекта зависит только от рода вещества катода.

4. Фотоэффект практически безинерционен, так как с момента облучения металла светом до вылета электронов проходит время с.