19. Абсолютно черное тело (ачт) - это тело, полностью поглощающее падающее на него излучение всех длин волн, .

Тела, для которых , называются серыми телами.

Если , то такое тело принято называть зеркальным (белым).

Таким образом, закон Кирхгофа для абсолютно черного тела будет иметь вид

,

то есть универсальная функция Кирхгофа есть не что иное, как спектральная плотность энергетической светимости абсолютно черного тела.

Воспользовавшись законом Кирхгофа (13.6), можно выразить спектральную плотность энергетической светимости серого тела через универсальную функцию Кирхгофа или спектральную плотность энергетической светимости абсолютно черного тела :

,

Откуда

.

Графики зависимостей и приведены на рис. 56. Температуры серого и абсолютно черного тел одинаковые.

Аналогичное соотношение можно получить для энергетической светимости серого и абсолютного черного тела.

.

Квантовая оптика

Фотоны

Тепловое излучение, фотоэффект и эффект Комптона выявляют дискретность электромагнитного излучения. Его можно представить в виде потока отдельных частиц - фотонов.

Перечислим основные характеристики фотонов.

20. В квантовой оптике энергия фотона равна

.

21. В специальной теории относительности энергия фотона пропорциональна массе

.

22. Масса фотона

.

(Следует запомнить, фотон - частица, масса покоя которой равна нулю).

23. Импульс фотона. Фотон обладает импульсом, модуль которого находится из известного соотношения теории относительности. Для фотона , следовательно,

.

• Направление импульса фотона совпадает с направлением распространения электромагнитной волны (излучения), характеризуется волновым вектором , численно равным волновому числу.

• Волновое число, по определению, равно

,

тогда

.

• Учитывая направление вектора , запишем

.

Фотон, подобно любой движущейся частице или телу, обладает энергией, массой и импульсом. Все три корпускулярные характеристики фотона связаны с волновой характеристикой электромагнитных волн - его частотой или длиной волны .

24. Давление. Экспериментальным подтверждением наличия у фотонов импульса является существование светового давления.

Если n - концентрация фотонов. А коэффициент отражения света от поверхности тела равен , тогда давление света будет равно

,

где w - объемная плотность энергии падающего излучения; - интенсивность света; i – угол падения.

Фотоэффект

25. Основные понятия и формулы

Фотоэлектрический эффект - это процесс вырывания электронов с поверхности жидких и твердых веществ под действием света.

На рис. 58 изображены зависимости силы фототока i от напряжения U, соответствующие двум падающим световым потокам: (кривая а) и (кривая b).

Частота света в обоих случаях одинакова. Существование фототока в области отрицательных напряжений от 0 до объясняется тем, что фотоэлектроны, выбитые светом из катода, обладают отличной от нуля начальной кинетической энергией. Следовательно, максимальная начальная скорость фотоэлектронов связана с соотношением

,

где е и m - заряд и масса фотоэлектрона соответственно. По мере увеличения U фототок i постепенно возрастает, так как все большее число фотоэлектронов достигает анода. Максимальное значение силы тока насыщения называется фототоком насыщения и соответствует таким значениям U, при которых все электроны, выбиваемые из катода, достигают анода

,

где N - число фотоэлектронов, вылетевших их катода за 1 с.

Законы внешнего фотоэффекта:

1. Максимальная начальная скорость фотоэлектронов определяется частотой света и не зависит от его интенсивности.

2. Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, то есть минимальная частота света, при которой еще возможен внешний фотоэффект ( зависит от химической природы вещества и состояния его поверхности).

3. Число фотоэлектронов N, вырываемых из катода за единицу времени, пропорционально интенсивности света (фототок насыщения пропорционален падающему световому потоку).

Для выхода электрона из металла он должен совершить работу выхода А. В результате поглощения фотона электрон приобретает энергию . Если , то электрон может вырваться из металла. В соответствии с законом сохранения энергии максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов

.

Это уравнение называется уравнением Эйнштейна для внешнего фотоэффекта, с учетом соотношения (1) уравнение фотоэффекта можно переписать

.

26. Красная граница фотоэффекта:

или ,

где - минимальная частота света, при которой еще возможен фотоэффект; - максимальная длина волны света, при которой еще возможен фотоэффект; h - постоянная Планка; c - скорость света в вакууме.