Энергетическая светимость тела связана с и соотношениям .
Способность тела поглощать лучистую энергию характеризуется коэффициентом поглощения (поглощательной способностью), равным отношению потока излучения, поглощенного данным телом, к потоку излучения, упавшего на него:
.
(28.5)
Так как коэффициент поглощения зависит от длины волны, то вводят монохроматический (спектральный) коэффициент поглощения (спектральная поглощательная способность), равный отношению потоков монохроматического излучения:
.
(28.6)
Абсолютно
черным
называется тело, способное поглощать
при любой температуре все падающее на
него излучение любой частоты. Поглощательная
способность абсолютно черного тела для
всех частот и температур тождественно
равна единице
.
Абсолютно черных тел в природе нет, однако такие тела, как сажа, платиновая чернь, черный бархат и некоторые другие, в определенном интервале частот по своим свойствам близки к ним.
Идеальной моделью абсолютно черного тела является замкнутая полость с небольшим отверстием, внутренняя поверхность которой зачернена (рис. 28.1). Луч света, попавший внутрь такой полости, испытывает многократное отражение от стенок, в результате чего интенсивность вышедшего излучения оказывается практически равной нулю.
Рис. 28.1
Закон Стефана - Больцмана: энергетическая светимость абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его термодинамической температуры:
,
(28.7)
где
постоянная Стефана - Больцмана.
Закон
смещения Вина: длина волны
,
соответствующая максимальному значению
спектральной плотности энергетической
светимости
абсолютно черного тела, обратно
пропорциональна его абсолютной
температуре:
,
где
= 2,9. 103
м К – постоянная Вина.
Вин
установил также, что максимальная
спектральная плотность энергетической
светимости
абсолютно черного тела пропорциональна
пятой степени абсолютной температуры:
где
–
вторая постоянная Вина.
Из рассмотрения законов Стефана - Больцмана и Вина следует, что термодинамический подход к решению задачи о нахождении спектральной плотности энергетической светимости (универсальной функции Кирхгофа) е не дал желаемых результатов.
Правильное согласующееся с опытными данными выражение для спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела было найдено в 1900 г. немецким физиком М. Планком. Для этого ему пришлось отказаться от установившегося в физике представления об электромагнитном излучении как о непрерывной электромагнитной волне, которая может иметь любую частоту и, следовательно, переносить любые количества энергии. Планк высказал гипотезу, согласно которой электромагнитное излучение испускается в виде отдельных порций (квантов), величина которых пропорциональна частоте излучения:
,
(28.8)
где
постоянная Планка.
Так как излучение испускается порциями h, то излученная энергия должна быть кратной величине этой порции, т.е.
.
(28.9)
На основании представления о квантовом характере теплового излучения М. Планк, пользуясь статистическим методом, получил следующие выражения для спектральной плотности энергетической светимости (универсальной функции Кирхгофа):
(28.10)
и
(28.11)
которые блестяще согласуются с экспериментальными данными по распределению энергии в спектрах излучения абсолютно черного тела во всем интервале частот от 0 до и при различных температурах.
Гипотеза Планка, решившая задачу теплового излучения абсолютно черного тела, получила подтверждение и дальнейшее развитие при объяснении фотоэффекта. Различают фотоэффект внешний, внутренний и вентильный.
Внешним фотоэлектрическим эффектом (фотоэлектронной эмиссией) называется испускание электронов веществом под действием света. Электроны, вылетающие из вещества при внешнем фотоэффекте, называются фотоэлектронами, а электрический ток, образуемый ими при упорядоченном движении во внешнем электрическом поле, называется фототоком.
Внутренним фотоэффектом называется перераспределение электронов по энергетическим состояниям в твердых и жидких полупроводниках, происходящее под действием света (фотосопротивления).
Вентильным фотоэффектом (фотоэффектом в запирающем слое) называется возникновение под действием света ЭДС (фотоЭДС) в системе, состоящей из контактирующих полупроводника и металла или двух разнородных полупроводников.