Александр Владимирович Шатский.

Тепловое излучение.

Энергия расходуемая светящимся телом на излучение может пополняться из различных источников. Самым распространенным является свечение тел обусловленное их нагреванием. Это вид свечения называется тепловым излучением. Тепловое излучение имеет место при любой температуре однако при невысоких температурах излучается практически лишь инфракрасные электромагнитные волны. Тепловое излучение является равновесным, то есть количество излучаемой энергии равно количеству поглощаемой.

Закон Кирхгофа.

Поток энергии испускаемый единицей поверхности излучающего тела по всем направлениям называют энергетической светимостью тела. Обозначается - R_э или R

dR_ -Это светимость в интервале частот d

dR_=r_dr где r_ луче испускательная способность. r_= r_(,T)

Излучение так же можно характеризовать вместо омеги длинной волны.

Разницы нет никакой можно использовать как длину волны так и частоту.

Пусть на элементарную площадку поверхности тела падает поток лучистой энергии (dФ) обусловленный электромагнитными волнами частота которых заключена в интервале частот d. Часть этого потока будет поглощена телом, тогда величина:

Если а_t тожественно равна 1, то это тело абсолютно черное тело.

Если а_t тождественно равно какой то константе и она меньше единицы то это серое тело.

Р ассмотрим адиабатическую оболочку. В оболочке находиться несколько тел с разными температурами, посредством излучения и поглощения тела обмениваются энергией , с течением времени все тела перейдут в состояние теплового равновесия, в таком состоянии тело обладающее большей луче испускающей способностью теряет больше энергии чем другое, но температура остается постоянной.

Где индексы соответствуют различным телам помещенным в оболочку.

Кирхгоф сформулировал этот закон следующим образом:

Отношение луче испускательной способности к луче поглощательной способности не зависит от природы тела, оно является для всех тел одной и той же функцией частоты и температуры.

Закон Стефана-Больцмана.

Исходя из термодинамических соображений и анализируя экспериментальные данные Стефанов и затем и Больцманом было получен выражение для энергетической светимости абсолютно черного тела.

Закон смещения Вина.

Вин воспользовавшись кроме термодинамики электромагнитной теорией показал, что функция спектрального распределения должна иметь вид.

Переходя в данном выражении к длине волны а затем дифференцируя по лямда, можно установить зависимость меду длиной волны на которую приходиться максимум излучения и температуры.

Для теоретического описания Релей и Джинс получи формулу для спектрального распределения.

Т акой вид функции удовлетворяет полученному вином выражению, данная формула удовлетворительно согласуется с экспериментальными данными только на больших длинах волн. Область зависимости в которой происходит значительно расхождения с экспериментальными данными получила название «Ультрафиолетовая катастрофа»

Квантовая гипотеза Планка.

В 1900 году Панку удалось найти вид функции f(T) в точности соответствующему f(T) опытным данным, для того он предположил что энергия испускается в виде отдельных порций квантов, величина которых пропорциональна величине волны.

h=1.054*10^-34 (Дж*с)

Фотоэффект. Фотоэлектрическим эффектом называеться высвобождение электронов под действием электромагнитного излучения.

Внутренний фото эффект это взванный электромагнитным излучением переходы электронов внутри полупроводника или диэлектрика из связанных состояний в свободное без вылета наружу. В результате концентрация носителей тока внутри тела увеличиваеться, что приводит к возникновению фотопроводимости. Вентильный фото эффект – это разновидность внутреннего фото эффекта с возникновением фото ЭДС. при освещении контакта двух разных полупроводников или полупроводника и металла( при отсутствии внешнего магнитного поля).

Внешний фотоэффект – фото-эмиссией – испускание электронов под действием электромагнитного излучения.

Для того что бы фото ток стал равным 0 необходимо применить задерживающее напряжение(U₀). При U=U₀ не один электрон обладающим максимальной скоростью при вылете не может преодолеть задерживающее поле и достигнуть анода.

То есть измерив задерживающее напряжение можно определить максимальное значение скорости и кинетической энергии фото электронов.

Законы Столетова

Первый закон: При фиксированной частоте падающего света число фотоэлектронов испускаемых фото катодом в единицу времени пропорционально интенсивности света. Сила фототока насыщения пропорциональна энергетической насыщенности(E_e) катода.

Второй закон: Максимальная начальная скорость (максимальная начальная кинетическая энергия) не зависит от интенсивности падающего света, а определяется только его частотой.

Третий закон: Для каждого вещества существует красная граница фото эффекта. Минимальная частота света зависящая от химической природы вещества и от состояния его поверхности ниже которой фото эффект не возможен.

Эйнштейна предложил что свет не только испускается отдельными квантами, но и распространяется в пространстве и поглощается веществом отдельными порциями квантами. Энергия которых равна:

Кванты электромагнитного излучения со скоростью распространения света в вакууме называются фотонами. Энергия падающего фотона расходуется на совершение работы выходы из метала и на сообщение ему кинетической энергии.

Это уравнение объясняет зависимость энергии фото электронов от частоты падающего свет. Предельная частота при которой кинетическая энергия фотоэлектрона становиться равной нулю и есть красная граница фото эффекта.

Масса и импульс фотона единство корпускулярных свойств света.

Это соотношения связывают квантовые характеристики света с волновой характеристикой света, его частотой. Свет обладает одновременно волновыми свойствами, которые проявляются в закономерностях его распространения (интерференцией дифракцией, поляризацией) и корпускулярными, которые проявляются в процессе взаимодействии я света с веществом.

Давление света – если фотоны обладают импульсом то свет падающий на тело, то свет должен оказывать на него давление. Пусть поток монохроматического излучения падает перпендикулярно поверхности, если 1 секунду на один метр квадратный падает н – количество фотонов, то при коэффициенте отражения от поверхности отразиться рN фотонов а (1-р)N А каждый поглощенный фотон передает поверхности импульс а каждый отраженный заберет. Давление света на поверхность равно импульсу который передает поверхности за 1 секунду н фотонов.

Энергетическая освещаемость поверхности W, это энергия всех фотонов подающих за единицу времени.

Объемная плотность излучение:

Волновая теория света на основе уравнений Максвелла приводит к такому же уравнению. Давления света в волновой теории это объясняется тем, что под действием электрического поля электромагнитной волны, электроны в металле будут двигаться в направлении противоположном электрическому полю. Магнитное поле B электромагнитной волны действует на движущиеся электроны с силой Лоренца в направлении, по правилу левой руки, перпендикулярно поверхности. Таким образом электромагнитная волна оказывает на поверхность метала давление.