Абсолютно черное тело. Его эталон и спектр излучения. Цветовая температура. Единица измерения цветовой температуры.

Абсолютно черное тело. Его эталон и спектр излучения. Цветовая температура. Единица измерения цветовой температуры.

Абсолютно чёрное тело —тело, поглощающее всё падающее на него электромагнитное излучение во всех диапазонах и ничего не отражающее. Несмотря на название, абсолютно чёрное тело само может испускать электромагнитное излучение любой частоты и визуально иметь цвет. Спектр излучения абсолютно чёрного тела определяется только его температурой.

Наиболее чёрные реальные вещества поглощают до 99 % падающего излучения в видимом диапазоне длин волн, однако инфракрасное излучение поглощается ими значительно хуже. Среди тел Солнечной системы свойствами абсолютно чёрного тела в наибольшей степени обладает Солнце.

Цветова́я температу́ра — характеристика хода интенсивности излучения источника света как функции длины волны в оптическом диапазоне. Согласно формуле Планка, цветовая температура определяется как температура абсолютно чёрного тела, при которой оно испускает излучение того же цветового тона, что и рассматриваемое излучение. Характеризует относительный вклад излучения данного цвета в излучение источника, видимый цвет источника. Применяется в колориметрии, астрофизике. Измеряется в кельвинах и миредах.

Цветовая температура источника света:

• характеризует спектральный состав излучения источника света;
• является основой объективности впечатления от цвета отражающих объектов и источников света,

и потому определяет ощущаемый глазом цвет предметов при наблюдении в данном свете (см. психология восприятия цвета).

В связи с тем, что цвет и окраска объекта зависит и от его собственных спектральных свойств, и от характера освещения, в технике стандартизуют наиболее распространённые источники света прежде всего по цветовой температуре.

Стандартные источники

При измерениях цвета, при необходимости точной оценки цвета, при воспроизведении того или иного цвета используют стандартные источники излучения. Наиболее часто используют источники со следующими стандартными цветовыми температурами:

• 2856 К — Стандартное излучение (источник) А
• 4870 К — Стандартное излучение (источник) В
• 5000 К — Стандартный источник белого света D₅₀
• 6500 К — Стандартный источник дневного белого света D₆₅, (близок к полуденному солнечному свету)
• 6770 К — Стандартное излучение (источник) С

 

Важность понятия цветовой температуры в фотографии. Излучение серого цвета. Реальные источники излучения, имеющие распределение спектральной энергии, тождественное излучению абсолютно черного тела. Источники излучения, к которым понятие цветовой температуры не применимо. (лазер, газоразрядные трубки, светодиоды, светящиеся газы и пары, люминесцентные (по ощущениям)).

В физике понятие цветовая температура используется для определения температуры серых и черных тел по длине волны, энергия которой в спектре максимальна. Формула выглядит следующим образом: Цветовая температура = 0,0029/Длина волны, при которой мощность излучения максимальна. Понятие "цветовая температура" в физике относится к тепловым источникам света и указывает, как распределится энергия по разным длинам волн в спектре источника света. Серое тело — это такое тело, коэффициент поглощения которого не зависит от частоты, а зависит только от температуры. Понятие "цветовая температура" в физике относится к тепловым источникам света и указывает, как распределится энергия по разным длинам волн в спектре источника света. Понятие "цветовой температуры" для монитора и других нетепловых источников света (люминесцентных ламп, отражающих поверхностей и пр.) можно определить следующим образом: цветовая температура источника света – это такая температура, при которой черное тело имело бы такой же спектр излучения, как и данный (нетепловой) источник света. Например, если на вашем мониторе установлена цветовая температура 6500 К, то при воспроизведении белого цвета он будет максимально приближен к спектру излучения черного тела, нагретого до этой температуры, – например Солнца. Разумеется, это не означает, что ваш монитор будет нагреваться до такой температуры; это означает только, что распределение энергии в видимом спектре излучения монитора будет соответствовать распределению энергии в видимом спектре Солнца. Таким образом, нетепловые источники света метамерны идеальному черному телу.

Излучение серого тела тождественно излучению черного тела имеет тот же спектр излучения, что и черное тело. Для сенсиметрических испытаний делают плоские пластины для удобного замера. Тело накаливания по параметрам близко к параметрам черного тела (все виды излучения). Серое тело – например, лампа накаливания, все виды излучения.

 

Фотоприемники

Фотоэлектрический эффект. Законы фотоэффекта. Фотоэффект внешний и внутренний.

Фотоэффект - любой процесс регистрации света.

Фотоэффект

Фотоэффект, испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения (фотонов). Ф. был открыт в 1887 Г. Герцем. Первые фундаментальные исследования Ф, выполнены А. Г. Столетовым (1888). Он установил, что в возникновении фототока в цепи, содержащей металлические электроды и источник напряжения, существенную роль играет освещение отрицательного электрода и что сила фототока пропорциональна интенсивности света. Ф. Ленард (1899) доказал, что при освещении металлов из них испускаются электроны. Первое теоретическое объяснение законов Ф. дал А. Эйнштейн (1905). В дальнейшем теория Ф. была развита в наиболее последовательном виде И. Е. Таммом и С. П. Шубиным (1931). Большой вклад в экспериментальное исследование Ф. внесли работы А. Ф. Иоффе (1907), П. И. Лукирского и С. С. Прилежаева (1928).

Ф. – квантовое явление, его открытие и исследование сыграли важную роль в экспериментальном обосновании квантовой теории: только на её основе оказалось возможным объяснение закономерностей Ф. Свободный электрон не может поглотить фотон, т.к. при этом не могут быть одновременно соблюдены законы сохранения энергии и импульса. Ф. из атома, молекулы или конденсированной среды возможен из-за связи электрона с окружением. Эта связь характеризуется в атоме энергией ионизации, в конденсированной среде – работой выхода. Закон сохранения энергии при Ф. выражается соотношением Эйнштейна: , где E – кинетическая энергия фотоэлектрона, – энергия фотона, – Планка постоянная, E_i – энергия ионизации атома или работа выхода электрона из тела. При < E_i, Ф. невозможен.

Ф. может наблюдаться в газах на отдельных атомах и молекулах (фотоионизация). Первичным актом здесь является поглощение фотона атомом и ионизация с испусканием электрона. С высокой степенью точности можно считать, что вся энергия фотона за вычетом энергии ионизации передаётся испускаемому электрону. В конденсированных средах механизм поглощения фотонов зависит от их энергии. При , равных или не очень сильно (в десятки и сотни раз) превышающих работу выхода, излучение поглощается электронами проводимости (в металлах) или валентными электронами (в полупроводниках и диэлектриках), коллективизированными в твёрдом теле. В результате может наблюдаться фотоэлектронная эмиссия (внешний фотоэффект) с граничной энергией фотонов, равной работе выхода, или фотоэффект внутренний (фотопроводимость и др. фотоэлектрические явления) с граничной энергией фотонов, равной ширине запрещенной зоны.

При энергиях фотонов , во много раз превышающих энергию межатомных связей в конденсированной среде (гамма-излучение), фотоэлектроны могут вырываться из "глубоких" оболочек атома. Влияние среды на первичный акт Ф. в этом случае пренебрежимо мало по сравнению с энергией связи электрона в атоме и Ф. происходит так же, как на изолированных атомах. Эффективное сечение Ф. s_ф сначала растет с w, а затем, когда становится больше энергии связи электронов самых глубоких оболочек атома, уменьшается. Такая зависимость s_ф от w качественно объясняется тем, что чем больше по сравнению с E_i, тем пренебрежимее связь электрона с атомом, а для свободного электрона Ф. невозможен. Вследствие того, что электроны К-оболочки наиболее сильно связаны в атоме и эта связь возрастает с атомным номером Z, s_ф имеет наибольшее значение для К-электронов и быстро увеличивается при переходе к тяжёлым элементам (~ Z ⁵). При порядка атомных энергий связи Ф. является преобладающим механизмом поглощения гамма-излучения атомами, при более высоких энергиях фотонов его роль становится менее существенной по сравнению с др. механизмами: Комптона эффектом, рождением электронно-позитронных пар.

Виды фотоэффекта:

1) Люминесцентная лампа - поглощение световой энергии вещества.

2) Фосфоресценция - накопление световой энергии. (относится к люминесценции).

3) Фотосинтез - реакция соединения. (встречается в ботанике - растения); синтез под действием света.

4) Фоторазложение - выцветание красителя. (фотолиз - химическая реакция под действием света).

Фотоэффект был открыт Г. Герцом в 1887г. А в 1888-1889г. Столетов доказал, что сила фототока прямопропорциональна освещенности. И под действием света освобождаются отрицательные заряды (электроны)

 

Фотоэффект:

1) Внутренний - перераспределение электронов по электрическим состояниям в твердых и жидких полупроводниках и диэлектриках(в-во не проводящее электричество), происходящее под действием излучений.

2) Внешний - испускание электронов веществом под действием электромагнитных излучений. Он проявляется в изменении концентрации носителей зарядов в среде и приводит к возникновению фотопроводимости или вентильного фотоэффекта.

Внешний фотоэффект

Внешний фотоэффект

Электроны, вылетающие из вещества при внешнем фотоэффекте, называются фотоэлектронами, а электрический ток, образуемый ими при упорядоченном движении во внешнем электрическом поле, называется фототоком.

Законы фотоэффекта:

1. Закон о токе насыщения Ток насыщения - это ток, который определяется кол-вом электронов, освобождаемых светом за единицу времени. Каждой освещенности соответствует свой ток. Сила тока прямопропорциональна плотности освещенности светового потока.

 

 

2. Зависимость тока насыщения от падающего тока освещенности.

Сила тока освещенности прямопропорциональна падающему потоку излучения.

3. Скорость освобождаемых электронов под действием света.

Скорость вылетающих фотоэлектронов не зависит от освещенности, а определяется частотой падающего излучения.