Тема 8.6. Тепловое излучение

Равновесное тепловое излучение и его характеристики. Абсолютно черное тело. Закон Кирхгофа. Закон Стефана-Больцмана. Закон смещения Вина. Распределение энергии в спектре абсолютно черного тела. Квантовая гипотеза Планка. ([1], Т.3, §§ 1-2, 4 формулы 4.1 и 4.6 знать без вывода; § 7). Оптическая пирометрия.

Дополнение. Главное, на что следует обратить внимание при изучении этой темы, является гипотеза Планка и его знаменитая формула, определяющая энергию кванта. Следует также понимать идею вывода формулы Планка (формулы 7.10 или 7.9), при этом сам вывод можно не запоминать. Желательно усвоить путь получения из формулы Планка законов Стефана-Больцмана и Вина.

Законы теплового излучения лежат в основе оптической пирометрии – определение температуры тела по сравнению характеристик их теплового излучения с характеристиками излучения эталонного абсолютно черного тела.

Тема 8.7. Фотоэлектрический эффект. Эффект Комптона и давление света

Фотоэлектрический эффект. Опыты Герца и Столетова. Основные законы внешнего фотоэлектрического эффекта. Квантовая гипотеза света. Фотоны. Масса и импульс фотона. Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэлектрического эффекта. Эффект Комптона. Давление света и его корпускулярное объяснение. ([1], Т.3, §§ 9-11).

Дополнение. Прежде всего необходимо четко усвоить следующие экспериментальные законы внешнего фотоэлектрического эффекта:

Фототок насыщения, т.е. число фотоэлектронов вырываемых из катода в единицу времени пропорционален интенсивности света падающего на фотокатод, при этом запирающий потенциал остается неизменным.

Максимальная начальная скорость фотоэлектронов (их кинетическая энергия) определяется лишь частотой света (пропорциональна ей) и не зависит от его интенсивности).

Для каждого вещества (материала фотокатода) существует красная граница фотоэффекта, т.е. такая минимальная частота света (или максимальная длина волны), при которой еще возможен фотоэффект, ее величина зависит от химической природы вещества и состояния ее поверхности.

Фотоэффект – явление практически безинерционное (фотоэлектроны покидают катод не позднее через 10^-8 с после начала облучения).

Все эти законы не смогли быть объяснены ни качественно, ни тем более количественно на основе классической теории излучения и поглощения электромагнитных волн (теории Максвелла). Это стало возможным на основе квантовых представлений о свете как о потоке особых "частиц" электромагнитного излучения – фотонов, введенных в физику Эйнштейном.

Фотон – особая "частица" электромагнитного излучения, обладающая энергией в один квант, а также массой и импульсом.

Формулы для массы и импульса фотона можно легко получить, используя формулу Эйнштейна , приравняв ее энергии кванта, т.е.

Þ , (8. 7. 1)

тогда импульс фотона:

(8. 7. 2)

С учетом этого, вывод формулы (10.4) можно опустить, при этом внимательно прочесть изложенное на стр. 40, включая формулу (10.6). Следующие за ней два абзаца прочитать при изучении раздела о давлении света.

Текст последнего абзаца на стр. 40, оканчивающийся формулой (10.9) можно опустить. Оставшуюся часть параграфа можно прочесть, изучая вопрос о корпускулярно-волновом дуализме света.

По эффекту Комптона и его теории ([1], Т.3, § 11) следует обратить внимание на схему опыта (рис. 11.1) и на основные уравнения его теории – формулы (11.1), (11.2), рис. 11.4, а также на полученную из них формулу Комптона (11.5), которую следует запомнить. Вывод, который желательно усвоить.

Объяснение давления света (электромагнитное – прочитать [1], Т.2, § 108, вывод формулы (108.9) можно не запоминать) необходимо качественно и количественно дать на основе корпускулярного (фотонного) представления о свете.