30.Қара дененің сәуле шығару заңдары. Фотоэффект.

Қара дене өзіне түсетін барлық сәулелерді жұтып қояды, әрі мұндай дене шығаратын сәулеленуді оңай түсіндіруге болады. Қара дененің спектрі жиіліктердің үздіксіз диапазонынан тұрады. Мұндай үздіксіз спектрді қыздырылған қатты денелер немесе сұйықтар, газдар шығарады. Кирхгоф заңы: сәулелену және жұтылу қабілеттері дененің қандай материалдан жасалғанына тәуелді емес, барлық денелер үшін температура мен жиілік универсалды болып табылады.

Абсолют қара дене үшін , сондықтан , яғни Кирхгофтың функциясы универсалды.

Жылулық сәуле шығару дененің ішкі энергиясының кемуіне, демек, дене температурасының төмендеуін, сууын туғызады. Энергияның ұзақ уақыт бойы шығарылу мүмкіндігін қамтамасыз ету үшін, оның шығынының орнын толтырып отыру қажет. Бірақ сәуле шығарумен қатар дененің өзі басқа денелер шығарған энергияның бір бөлігін жұтады. Энергияның жұтылуы дененің ішкі энергиясының өсуін, демек, температураның жоғарылауын туғызады. Денелердің энергияны тұрақты түрде шығаруы және жұтуы оңашаланған термодинамикалық жүйеде ақыр аяғында белгілі бір температураның орнығуына алып келеді; осы температура жағдайында дене шығарғанда энергияның кемуі, жұтқанда оның өсуімен теңгеріледі, шығарылатын және жұтылатын энергия спектрі уақытқа байланысты өзгеріссіз қалады. Сәуле шығарудың осы түрі тепе-теңдік сәуле шығару деп аталады.

Термодинамикалық жүйенің уақыт өткенде параметрлері өзгермейтін күйі термодинамикалық тепе-теңдік күй деп аталады. Термодинамикалық тепе-теңдікте тұрған жүйе үшін мына қасиеттер тән: жылулық сәуле шығару үшін оңашаланған жүйенің термодинамикалық тепе-теңдік күйі белгілі уақыт өтісімен орнығады; егер жүйе термодинамикалық тепе-теңдікке жетсе және сыртқы жағдайлар өзгермейтін болса, онда жүйе өз бетінше осы күйден шыға алмайды.

ғасырдың аяғында физиктерді тұйыққа тіреген мәселе абсолют қара дененің сәулелену спектрін түсіндіру болды. Максвелл сәулелену қалай пайда болады дегенді түсіндіргенмен, шығарылған сәулеленудің спектрі қандай болатындығын айтып бере алмады. Вин және Рэлей классикалық көзқарастардың негізінде екі теориялық қисықтарды тұрғызды. Рэлейдің жылулық сәулелену теориясын Джинс аздап түзетті де,иол Рэлей – Джинс теориясы деп аталып кетті. 1900 жылдың аяғында Макс Планк энергия молекулалық осциллятор арасында үздіксіз емес, азғантай, дискреттік үлестірімдер түрінде таралған және ол тербеліс жиілігімен түрде байланыста болады деп алу арқылы шығаруға болады. - Планк тұрақтысы.

Планктың гипотезасы бойынша молекулалық тербелістердің энергиясы тек бүтін, шамасына еселі ғана бола алады.

Бұл гипотезаны көбіне Планктың кванттар гипотезасы деп атайды.

Стефан Больцман заңы. Абсолют қара дененің толық жарқырауы оның төртке дәрежеленген абсолют температурасына пропорционал: Виннің заңы.Абсолют қара дененің спектрлік сәуле шығарғыштық қабілетінің максимал мәніне сәйкес келетін толқын ұзындығы оның абсолют температурасына кері пропорционал . Бұл заңды 1877 Винн тағайындаған.

Фотоэффект. Түскен жарық ықпалынан кейбір металдардан электрондар бөлініп шыгады.Бұл құбылысты сыртқы фотоэффект, ал осылайша алынған электрондарды фотоэлектрондар деп атайды. Сыртқы фотоэффект құбылысын Столетов толық зерттеген. Бұл құбылыстың заңдылықтарында жарықтың кванттық қасиеттері айқындала түседі. Ауасы шығарылған шыны түтік ішіне катод пен анод орнатылған. Бұлардың арасына потенциометрмен реттелетін потенциалдар айырымы беріледі, ол вольметрмен өлшенеді. Бір біріне қарама қарсы қосылған екі аккумулятор батареясы потенциометр жәрдемімен кернеудің шамасы мен таңбасын өзгертуге мүмкіндік береді. Катод пен анод арасында өтетін ток күші гальванометрмен өлшенеді.Түтік бүйіріндегі терезеден катодқа жарық түсіруге болады.Егер катод жарықтандырылмаған болса, катод пен анод арасында ток болмайды. Жарықтандырылған кезде электр тогы байқалады, ол фототок деп аталады. болған жағдайда жарық әсерінен катодтан бөлініп шыққан фотоэлектрондардың бәрі тізбек арқылы өтеді. болған жағдайда фотоэлектрондардың бірде біреуі анодқа жетпейді, фототок нөлге айналады. U=0 болған жағдайда катодтан анодқа қарай бағытталған электрондар ағыны болады. Бұдан катодтан шығарылатын электрондар катод бетінен қайсыбір жылдамдықпен ұшыпшығады, соның арқасында бұлардың анодқа жете алатындығы көрінеді.Сыртқы фотоэффект заңдары:

1. Жарық жиілігі тұрақты болғанда катод бетінен уақыт бірлігінде жұлынып шығарылатын электрон саны жарық интенсивтігіне тура пропорционал болады.

2. Фотоэффекті катодтың берілген затына тән және фотоэффектің қызыл шекарасы деп аталатын қайсыбір жиіліктен жиілігі төмен емес жарық қана тудыруы мүмкін.

3. Катод бетінен 0-ден бастап ға дейінгі энергиялары бар электрондар бөлініп шығады.