§26. Квантовая гипотеза. Формула Планка

Строгая попытка теоретического вывода была сделана Рэлеем и Джинсом. Источником электромагнитных волн являются колеблющиеся атомы нагретого тела, которые является гармоническими ассимиляторами.

;,.

Это уравнение согласуется с экспериментом в области больших длин волн и высоких температур. В области коротких длин волн формула Рэле-Джинса резко расходится с экспериментом и законами смещения Вина.

В 1900 году Макс Планк высказал гипотезу, что поглощение и испускание энергии возможно только отдельными порциями, которые получили название квантов энергии.

,[Дж], гдеc – постоянная Планка.

Излучение нагретого тела – это поток локализованных в пространстве дискретных квантов, движущихся со скоростью света. Кванты электромагнитного излучения называются фотонами.



Фотон – это элементарная частица, всегда движущаяся со скоростью имеющая массу покоя равную нуля.– импульс фотона.

Согласно гипотезе Планка атомные осцилляторы излучают энергию не непрерывно (в классической механике), а отдельными порциями 

–формула Планка.

Te⁰=1

форм. Рэле-Джинса

Опираясь на формулу Планка можно получить все законы теплового излучения.

§27. Оптическая пирометрия

Оптическая пирометрия – это совокупность методов измерения высоких температур, основанных на законах теплового излучения.

1. Радиационная температура – такая температура черного тела, при которой его энергетическая светимость равна энергетической светимости исследуемого тела.

Излучение основано на законе Стефана-Больцмана: .

Если тело не черное (серое), то вводится некоторый коэффициент k<1.

2. Цветовая – основана на законе смещения Вина. С помощью оптического пирометра определяется, где находятся максимальные длины волн _max, которые соответствуют максимальной спектральной плотности энергетической светимости исследуемого тела. ;T_ц<T_ист.

3. Яркостная температура равна температуре АЧТ, при которой для определенной длины волны  спектральная плотность энергетической светимости равна спектральной плотности энергетической светимости исследуемого тела. (*)

По закону Кирхгофа:

Пример использования: пирометр с исчезающей нитью. Некая нить пирометра выбирается так, чтобы выполнялось условие(*). Изображение нити пирометра при данной температуре,становится неразличимым на фоне поверхности раскаленного тела. Т.к. α<1 T_Яр<T_ист.

4. Тепловые источники света – свечение раскаленных тел используется для создания источников света.

§28. Фотоэлектрический эффект

Различают четыре вида фотоэффекта:

• Внешний фотоэффект, при котором поглощение света приводит к выходу фотоэлектронов за пределы облучаемого тела.

• Внутренний фотоэффект, при котором происходит увеличение числа свободных электронов внутри вещества, но не происходит их выхода наружу.

• Фотогальванический эффект, при котором на границе полупроводника и металла или двух полупроводников под влиянием излучения возникает ЭДС.

• Фотоэффект в газообразной среде представляет собой фотоионизацию отдельных атомов и молекул.

§29. Внешний фотоэффект

Внешний фотоэффект открыт Герцем, подробно исследован Столетовым.

Сила фототока зависит от разности потенциалов между электродами. Кривая отображающая эту зависимость называется вольт-амперной характеристикой (ВАХ). Особенности ВАХ:

2. При отсутствии напряжения между электродами сила фототока не равна a электроны вырванные светом из катода имеют некоторую начальную скорость и W_кин и могут достигать анода без содействия внешнего поля, образуя начальный ток I₀.

3. Чтобы ослабить или совсем прекратить фототок необходимо приложить между электродами тормозящее поле: U<0. С возрастанием величины тормозящего тока сила фототока постепенно ослабевает. Это говорит о большом разнообразии скоростей вылетов электронов, которые освобождаются не только с поверхностных, но и из более глубоких слоев металла. Когда I=0, то можно утверждать, что все электроны задерживаются тормозящим полем.

, где – задерживающая постоянная.