Вопросы и задания для самоконтроля к лекции 12

1. Сформулируйте определение спектральной плотности энергетической светимости. Запишите формулу, выражающую взаимосвязь между испускательной способностью тела и его энергетической светимостью.

2. Сформулируйте отличие моделей абсолютно черного тела (а.ч.т.) и абсолютно серого тела (а.с.т.)

3. Имеются четыре тела с различными спектральными коэффициентами поглощения. Наиболее эффективным нагревателем в нагревательном приборе является тело с коэффициентом поглощения равным…

1) а_Т  = 1 2) а_Т  = 0,8 3) а_Т  = 0 4) а_Т  = 0,2

4. Н а рисунке приведено распределение энергии в спектре излучения для двух абсолютно черных тел, имеющих разную температуру. Какое тело имеет большую температуру? Во сколько раз отличаются энергетические светимости этих тел?

Температура а.ч.т. увеличилась от 1000 К до 1500 К. Во сколько раз увеличилась максимальная спектральная плотность энергетической светимости при этом?

Лекция 13

Основные понятия и законы, которые должны быть освоены в ходе лекции: внешний фотоэффект; опытные законы фотоэффекта; задерживающее напряжение, ток насыщения; уравнение Эйнштейна для фотоэффекта; работа выхода; красная граница фотоэффекта; эффект Комптона; корпускулярно-волновой дуализм.

4.2. Внешний фотоэффект

Внешним фотоэффектом называют явление выбивания электронов из металла под действием падающего излучения.

Объяснение опытных законов фотоэффекта приводит к выводу о том, что электромагнитное излучение не только испускается атомами в виде отдельных порций энергии (гипотеза Планка), но также распространяется и поглощается отдельными порциями энергии, называемыми фотонами [4]. Рассмотрим, как этот вывод был сделан.

4.2.1. Вольт-амперная характеристика, ее основные закономерности.

Схема установки для изучения фотоэффекта приведена на рис. 4.3, а.

Анод и катод находятся внутри вакуумной трубки. Между ними приложено напряжение . Через кварцевое окно на катод падает монохроматическое излучение, выбивающее из катода электроны. Электроны летят на анод, цепь замыкается и возникает электрический ток.

На рис. 4.3, в. приведена вольт-амперная характеристика, снятая на установке по изучению фотоэффекта. Обсудим ее основные особенности.

1). . Даже при напряжении между анодом и катодом, равном нулю, в цепи наблюдается отличный от нуля электрический ток (рис. 4.3, в). Падающее электромагнитное излучение, выбивает с поверхности катода электроны, которые покидая катод, оставляют его положительно заряженным. При этом вылетевшие с поверхности катода электроны, притягиваются к положительно заряженному металлу и стремятся снова вернуться в металл. Таким образом, вблизи металла появляется электронное облако (рис. 4.3, в), которое образовано электронами, покидающими и возвращающимися на катод . Однако часть электронов (их скорость при выходе из металла является наибольшей) могут преодолеть двойной электрический барьер (металл притягивает вылетающий электрон, а электронное облако его отталкивает) [4] вблизи поверхности металла. Эти электроны достигают анода и участвуют в появлении электрического тока в цепи.

Рис. 4.3

2). Напряжение между катодом и анодом (катод подключается к отрицательному полюсу источника напряжения). В этом случае в вакуумной трубке появляется электрическое поле, «помогающее» электронам перемещаться к аноду. Число электронов, достигающих анода, возрастает, электронное облако становится меньше и при больших напряжениях полностью исчезает [4]. С увеличением напряжения, электрический ток достигает насыщения , так как все электроны, выбиваемые с поверхности катода, достигают анода.

3). Напряжение на вакуумной трубке . Электрическое поле, возникающее при этом в трубке, тормозит электроны. Сила электрического тока уменьшается и при напряжении, называемом задерживающим (запирающим) напряжением , обращается в ноль. В этом случае, даже самые быстрые электроны не достигают поверхности анода, т.к. преодолевая препятствующее их движению электрическое поле, теряют кинетическую энергию. Около поверхности анода, скорость самых быстрых электронов обращается в ноль, вследствие чего электроны, разворачиваются и под действием кулоновских сил летят обратно. Цепь не замыкается. Учитывая вышесказанное, задерживающее напряжение определяется равенством:

. (4.17)