41. Формула Планка для теплового излучения.

Поводом для исследований Планка в области абсолютно чёрного тела явилось несоответствие между законами классической физика и выводом, следующим из формулы Релея-Джинса r (λ, T) = 8πkTλ^–4 . Заключалось оно в том, что равновесие между нагретым телом и излучением в замкнутой полости может установиться только при нуле температуры. Планк пришел к выводу, что процессы излучения и поглощения электромагнитной энергии нагретым телом происходят не непрерывно, как это принимала классическая физика, а конечными порциями – квантами. Квант – это минимальная порция энергии, излучаемой или поглощаемой телом. По теории Планка, энергия кванта E прямо пропорциональна частоте света: E = hν, где h – постоянная Планка. h = 6,626·10–34 Дж·с. На основе гипотезы о прерывистом характере процессов излучения и поглощения телами электромагнитного излучения Планк получил формулу для спектральной светимости абсолютно черного тела. Формулу Планка удобно записывать в форме, выражающей распределение энергии в спектре излучения абсолютно черного тела по частотам ν, а не по длинам волн λ.

c – скорость света, h – постоянная Планка, k – постоянная Больцмана, T – абсолютная температура. Из формулы Планка можно вывести законы Стефана–Больцмана и Вина. При hν << kT формула Планка переходит в формулу Релея–Джинса.

42. Оптическая пирометрия. Яркостная и радиационная температура.

Оптическая пирометрия – совокупность бесконтактных, в частности, оптических методов измерения температуры. Приборы для измерения температуры нагретых тел по интенсивности их теплового излучения в оптическом диапазоне спектра называют пирометрами. Принцип действия этих приборов основан на использовании зависимости испускательной способности и энергетической светимости тел от температуры. В зависимости от того, какой закон теплового излучения используется при измерении температуры тел, различают радиационный, цветовой и яркостный методы. Радиационный метод основан на использовании закона Стефана -Больцмана. Яркостный метод основан на зависимости энергетической светимости абсолютно черного тела от температуры.

Яркостная температура ­– температура чёрного тела, при которой для определения длины волны его спектральная плотность энергетической светимости равна спектральной плотности энергетической светимости исследуемого тела: . Истинная температура тела всегда выше яркостной.

Радиационная температура – температура чёрного тела, при которой его энергетическая светимость равна энергетической светимости исследуемого тела. = = ; = . Радиационная температура всегда меньше истинной температуры.

43. Внешний фотоэффект и его законы. Формула Эйнштейна.

Испускание электронов веществом под действием света называется внешним фотоэффектом.

На рис. 2. приведены зависимости фототока I от напряжения U между электродами при различных интенсивностях света (энергетической освещенности E) .

Законы внешнего фотоэффекта:

I.      При фиксированной частоте падающего света число фотоэлектронов, вырываемых из катода в единицу времени, пропорционально интенсивности света(сила тока насыщения пропорциональна энергетической освещенности E_e катода).

       II.   Максимальная начальная скорость (максимальная начальная кинетическая энергия)фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а определяется только его частотой ν.

       III. Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т.е. минимальная частота света (зависящая от химической природы вещества и состояния его поверхности), ниже которой фотоэффект невозможен.

П ервые два закона не удается объяснить на основе классической теории. Внешний фотоэффект хорошо объясняется квантовой теорией. Согласно этой теории, электрон получает сразу целиком всю энергию фотона e=hv, которая расходуется на совершение работы выхода электрона из вещества (катода) и на сообщение электрону кинетической энергии:

.(1)

Это уравнение называется уравнением Эйнштейна для внешнего фотоэффекта.

Из (1) следуют все законы внешнего фотоэффекта. В частности, максимальная начальная скорость электронов определяется из соотношения  , т.е зависит только от частоты v и материала катода (А_ВЫХ). Красная граница v₀ соответствует v_max=0

hv₀=A_ВЫХ,v₀=A_ВЫХ/h (2)

При v>v₀ (или при l<l₀) фотоэффект наблюдается, при v<v₀ (или при l>l₀) - фотоэффект не наблюдается.

44. Внутренний фотоэффект. Фотогальванический элемент.

Внутренним фотоэффектом называется перераспределение электронов по энергетическим состояниям(уровням) в полупроводниках и диэлектриках, происходящее под действием излучений. Он проявляется в изменении концентрации носителей зарядов в среде и приводит к возникновению фотопроводимости. Внутренний фотоэффект в настоящее время в технике используется гораздо чаще внешнего.

Фотогальванический элемент вид элемента, который превращает световую энергию в электрическую. Он состоит из очень гонкой металлической пленки, помещенной на слой полупроводникового материала, например такого, как оксид меди. Контакты подходят к меди по топкому слою металла, расположенного на слое оксида меди (см. рис.). Металлическая пленка полупрозрачна для света. Фотоэлектроны в оксиде меди высвобождаются, и через резистор проходит ток. Важно отметить, что эти элементы создают напряжение в цепи без внешней батареи. Фотогальванические элементы могут использоваться в приборах, измеряющих интенсивность световой волны, потому что возникающая сила тока пропорциональна интенсивности падающего света. Возможно также использовать этот элемент в маленьком радиоприемнике; в этом случае источником энергии является естественный свет, падающий на элемент.