Студопедия
Случайная страница | ТОМ-1 | ТОМ-2 | ТОМ-3
АрхитектураБиологияГеографияДругоеИностранные языки
ИнформатикаИсторияКультураЛитератураМатематика
МедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогика
ПолитикаПравоПрограммированиеПсихологияРелигия
СоциологияСпортСтроительствоФизикаФилософия
ФинансыХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника

Законы теплового излучения

ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА | Условия минимумов и максимумов при интерференции волн | Способы получения когерентных источников | Дифракция света на щели | ДИФРАКЦИОННАЯ РЕШЕТКА | ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА. ПОПЕРЕЧНОСТЬ СВЕТОВЫХ ВОЛН | Объяснение явления дисперсии | ПОГЛОЩЕНИЕ СВЕТА | ОСНОВЫ СПЕЦИАЛЬНОЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ | ДОБАВИТЬ ОПИСАНИЕ ОПЫТА С ЗЕРКАЛАМИ ИЗ ДРУГОГО ИСТОЧНИКА |


Читайте также:
  1. А) федеральные законы и нормативные документы
  2. АЛЬФА-, БЕТА-, ГАММА- ИЗЛУЧЕНИЯ
  3. Биологическое действие лазерного излучения. Нормирование лазерного излучения. Основные меры безопасности эксплуатации лазеров.
  4. Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом
  5. ВИРІШЕННЯ ЗАДАЧ ТЕПЛОВОГО РОЗРАХУНКУ ТЕПЛООБМІННИКІВ
  6. Воздействие лазерного излучения на человека
  7. Государство и его законы.

Чем больше температура нагретого абсолютно черного тела, тем большее число его частиц обладает высокой энергией. При увеличении температуры возрастает энергия теплового излучения на всех частотах, а максимум излучающей способности (на частоте υm) смещается в область больших частот.

 

Закон смещения Вина:

υm = b1T.

где b1 – коэффициент пропорциональности

 

Частота, на которую приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела, прямо пропорциональна его абсолютной температуре.

 

Учитывая связь частоты с длиной волны излучения, закон смещения Вина можно представить в виде:

λmT = b

b ≈ 3000 мкм*К – постоянная Вина

Произведение длины волны, на которую приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости черного тела, и его температуры есть величина постоянная.

 

Для получения полной (интегральной) светимости Rr абсолютно черного тела при температуре Т необходимо просуммировать спектральные плотности r по всем частотам

 

Интегральная светимость – мощность излучения с единицы поверхности тела:

Rr = rυ

Закон Стефана-Больцмана:

Интегральная светимость абсолютно черного тела зависит только от его температуры

RT = σT4.

где σ = 5.67*10-8 Вт/(м2*K4) – постоянная Стефана-Больцмана

 

Интегральная светимость абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его термодинамической температуры.

Фотон

Световые кванты можно рассматривать как реальные микрочастицы – фотоны, из которых состоит электромагнитное излучение.

Фотон обладает следующими свойствами:

- энергия фотона пропорциональна частоте электромагнитного излучения E = hυ

- фотон – электрически нейтральная частица q = 0

- скорость фотона во всех системах отсчета равна скорости света в вакууме v = c = const

- масса покоя фотона равна нулю m0 = 0, фотон не существует в состоянии покоя

Согласно теории относительности энергия связана с массой E = mc2, поэтому масса движения фотона: m = /c2

- фотон обладает импульсом:

p = mc = hυ/c = h/λ

 

Давление электромагнитного излучения, или фотонного газа, можно рассчитать подобно давлению идеального газа (p = 2/3w, где w – объемная плотность энергии газа) Множитель 1/3 в выражении появился, так как частицы идеального газа могут с равной вероятностью двигаться по трем координатным осям. Фотоны, распространяясь лишь в одном направлении, подобно частицам идеального газа упруго отражаются от стенок, оказывая ни них давление:

pэм = 2 эм= 2

где I – интенсивность электромагнитного излучения

ПОСТОЯННАЯ ПЛАНКА(уч.11кл.стр.310)

См.выше «Тепловое излучение. Квантовая гипотеза Планка» (уч.11кл.стр.310)

 

Планк высказал гипотезу о том, что абсолютно черное тело испускает и поглощает свет определенными порциями – квантами (quantum – количество).

 

Планк предположил, что энергия излучения и его частота связаны друг с другом.

При этом излучение электромагнитных волн атомами и молекулами вещества происходит не непрерывно, а дискретно, отдельными порциями – квантами (лат.quantum – количество)

 

Энергия излучения прямо пропорциональна его частоте:

E = hυ.

где h = 6.62*10-34 Дж*с – постоянная Планка

 

З начение минимальной порции энергии – кванта – по теории Планка прямо пропорционально частоте света.

Энергия кванта: ε γ = hυ.

 

Планк получил формулу спектральной светимости:

rυ = (2πυ2/c2)*(hυ/ehυ/(kT) – 1) УТОЧНИТЬ

ФОТОЭФФЕКТ (уч.11кл.стр.314-317)

Фотоэлектрический эффект. Определение. Физика. Виды

Законы фотоэффекта.

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

Кванты света (фотоны).

Применение фотоэффекта в технике.

Фоторезистор (пример)

 

Фотоэлектрический эффект - явление вырывания электронов из вещества под действием электро­магнитных излучений (в том числе и света)

Фотоэффект открыт в 1887 г. Генрихом Герцем, а затем исследовался экспериментально русским ученым А.Г.Столетовым, немецкими физиками В.Гальваксом, Ф.Ленардом и итальянским ученым А.Риви.

 

Различают два вида фотоэффекта: внешний и внутренний.

 

При внешнем фотоэффекте вырванные электроны покидают тело, а при внутреннем -остаются внутри него.

Необходимо отметить, что внутренний фотоэффект наблюдается только в полупроводниках и диэлектриках.

 

Остановимся только на внешнем фотоэффекте.

Анод А и катод К помеща­ются в баллон, в котором создаётся высокий ва­куум. Катод наносится на подложку или на поверхность баллона. Анод в виде кольца или диска из никеля располагается в центре. Такой прибор называется фотоэлементом.

 

Если баллон наполнен инертным газом, то прибор называется газонаполненным, если в нем глубокий вакуум, то вакуумным.

 

Если на фотоэлемент свет не падает, то ток в цепи отсутствует, и амперметр показывает ноль. При освещении его светом достаточно высокой часто­ты амперметр показывает, что в цепи течёт ток.

 

При включении прибора в цепь внешнего источника в ней протекает фототок Iф, зависящий от падающего на катод светового потока Ф и приложенного напряжения.

Вольт-амперная характеристика вакуумного фотоприбора с внешним фотоэффектом имеет зону насыщения, в которой изменение напряжения в широких пределах практически не влияет на фототек.

 

Световая характеристика Iф = (Ф) отражает зависимость фототока от светового потока, падающего на фотокатод.

Для вакуумных приборов, работающих при напряжении насыщения, световая характеристика практически линейна.

В газонаполненных приборах фототок с ростом светового потока увеличивается более интенсивно.

Таким образом, чувствительность газонаполненных приборов является переменной величиной и при достаточно большом диодном напряжении в 5-10 раз выше чувствительности вакуумных приборов.

 

Чувствительность фотоэлектронных приборов – мА/Лм

 

Законы внешнего фотоэффекта (первоначально установлены опытным путём):

1. Число электронов, вырываемых из вещества, пропорционально интенсивности света.
(Фототок насыщения прямо пропорционален интенсивности света, падающего на катод)

2. Наибольшая кинетическая энергия вылетающих электронов пропорциональна частоте света и не зависит от его интенсивности.
(Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно зависит от частоты света и не зависит от его интенсивности)

З. Для каждого вещества существует минимальная частота света υ0, называемая красной границей фотоэф­фекта - ниже которой фотоэффект невозможен.

При частотах светового излучения ниже красной границы фотоэффекта фотоэлектронная эмиссия прекращается.

 

Фотокатод обладает различной чувствительностью к излучениям различной длины волны, что отражается его спектральной характеристикой.

 

Также установлена безиннерционность фотоэффекта – он возникает мгновенно после начала освещения при условии превышения красной границы.

 

Волновая теория света не в состоянии объяснить законы фотоэффекта.

 

Трудности в объяснении этих законов привели Эйнштейна к созданию квантовой теории света. Он пришёл к выводу, что свет представляет собой поток особых частиц, называемых фотонами (обозначается γ) или квантами.

Электромагнитная волна, по этой теории, состоит из отдельных порций – квантов(фотонов) с энергией hυ

 

Интенсивность света прямо пропорциональна числу фотонов Nф и энергии каждого из них hυ. Каждый фотон поглощается целиком только одним электроном. Поэтому число вырванных светом фотоэлектронов, а значит и фототок насыщения Iн, пропорциональны Nф, т.е. интенсивности света (первый закон фотоэффекта)

 

Энергия фотонов равна:

e = hn

n - частота cвeтa

h - постоянная Планка.

 

Известно, что для вырывания электрона ему надо сообщить минималь­ную энергию, называемую работой выхода электрона Aвых, зависящую от вещества.

Если энергия фотона больше или равна работе выхода, то электрон вырывается из вещества, т.е. происходит фотоэффект.

 

Работа выхода – минимальная работа, которую нужно совершить для удаления электрона из металла.

 

Вылетающие электроны имеют различ­ные кинетические энергии. Наибольшей энергией обладают электроны, вырываемые с поверхности вещества. Электроны же, вырванные из глуби­ны прежде, чем выйти на поверхность теряют часть своей энергии при соударениях с атомами вещества.

 

Найдем наибольшую кинетическую энергию Wkm, которую приобретает электрон, используя закон сохранения энер­гии:

Wkm = e - Aвых или = e - Aвых

где m и vm – масса и наибольшая скорость электрона.

 

Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта:

энергия поглощённого фотона идет на совершение работы выхода электрона и сообщение вылетевшему фотоэлектрону кинетической энергии.

e = Aвых + Wkm или hυ = Aвых +.

 

Уравнение Эйнштейна объясняет все законы внешнего фотоэффекта.

 


Дата добавления: 2015-11-14; просмотров: 59 | Нарушение авторских прав


<== предыдущая страница | следующая страница ==>
КВАНТОВАЯ ФИЗИКА| Третий закон внешнего фотоэффекта

mybiblioteka.su - 2015-2024 год. (0.012 сек.)