32. Абсолютно черное тело. Формула Релея-Джинса.

Все твердые тела в природе условно можно разбить на 3 группы: 1) белые тела ρ=1, а=0 (отражают, но не поглощают). 2) абсолютно черные телаρ=0, a=1 (поглощают, но не отражают), 3) серые тела 0<ρ<1, 0<a<1 (и поглощают и отражают). [ρ = коэффициент отражения, а – коэффициент поглощения]. Абсолютно черных тел (АЧТ) в природе не существует. Приближена – черная сажа (на 99% поглощает), черная фотобумага (на 95% поглощает).

Хорошей моделью является полость отверстия, стенки которого выполнены из любого материала, а отношение d отверстия к диаметру полости 1:100. Излучение, попадающее на отверстие полости, прежде чем выйти из нее, испытает многократное отражение от стенок полости. При каждом отражении большая чать энергии поглощается стенками полости так, что интенсивность излучения вышедшего света ≈ 0. Получается, что отверстие полностью поглощает световую волну.

Попытка описать излучение абсолютно чёрного тела исходя из классических принципов термодинамики U_вн=3/2kT и электродинамики приводит к закону Рэлея — Джинса:

Эта формула предполагает квадратичное возрастание спектральной плотности излучения в зависимости от его частоты. На практике такой закон означал бы невозможность термодинамического равновесия между веществом и излучением, поскольку согласно ему вся тепловая энергия должна была бы перейти в энергию излучения коротковолновой области спектра. Такое гипотетическое явление было названо ультрафиолетовой катастрофой. Тем не менее закон излучения Рэлея — Джинса справедлив для длинноволновой области спектра и адекватно описывает характер излучения. Объяснить факт такого соответствия можно лишь при использовании квантово-механического подхода, согласно которому излучение происходит дискретно. Исходя из квантовых законов можно получить формулу Планка, которая будет совпадать с формулой Рэлея — Джинса при . Этот факт является прекрасной иллюстрацией действия принципа соответствия, согласно которому новая физическая теория должна объяснять всё то, что была в состоянии объяснить старая.

34. Внешний фотоэффект и его законы.

Фотоэффектом называется электрические явления, которые происходят при освещении светом вещества, а именно: выход электронов из вещ-ва (фотоэлектронная эмиссия), возникновение ЭДС.

Вылет электронов из освещенных тел называют внешним фотоэффектом.

Столетов экспериментально установил, что внешний фотоэффект подчиняется следующим законам:

1.Максимальная скорость вылетающих с поверхности металла электронов не зависит от интенсивности падающего света, а зависит от его частоты.

2.Существует предельная длина волны характерного для каждого вещества, выше которого фотоэффект не наблюдается (простая граница Фотоэффекта).

Эти закономерности, наблюдаемые экспериментально, нельзя было объяснить, считая свет волной, в фотоэффекте действует корпускулярная природа света.

35. Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта.

Фотоэффектом называется электрические явления, которые происходят при освещении светом вещества, а именно: выход электронов из вещ-ва (фотоэлектронная эмиссия), возникновение ЭДС.

Вылет электронов из освещенных тел называют внешним фотоэффектом.

Электроны, вылетающие из вещества при внешнем фотоэффекте, называются фотоэлектронами, а электрический ток, образуемый ими при упорядоченном движении во внешнем электрическом поле, называется фототоком.

Согласно Эйнштейну(Э), свет частотой ν не только испускается, как это предлагал Планк, но и распространяется в пространстве и поглощается веществом отдельными порциями (квантами), энергия которых E₀=hν. По Э. каждый квант поглощается только одним электроном(еˉ). поэтому число вырванных фото-еˉ должно быть пропорционально интенсивности света(1 закон фотоэффекта). Безынерционность фотоэффекта объясняется тем, что передача энергии при столкновении фотона с еˉ происходит почти мгновенно. Энергия падающего фотона расходуется на совершение еˉ работы выхода А из металла и на сообщение вылетевшему фотоэлектрону кинетической энергии mV²_max/2. по закону сохранения энергии, h·ν = Авых+ m·V²/2. (1)это уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта. Согласно урав-ю (1) получаем, что ν₀=А/ h и есть красная граница фотоэффекта для данного металла. Она зависит лишь от работы выхода еˉ т.е. от химической природы вещеста и состояния его поверхности.

Из уравнения (1) непосредственно следует, что максимальная кинетическая энергия (mV²_max /2) возрастает с увеличением частоты падающего света. С уменьшением частоты кинетическая энергия (mV²_max /2) уменьшается и при некоторой частоте она становиться равной нулю и фотоэффект прекращается (). Отсюда

,

(2)

- красная граница фотоэффекта (ниже которой фотоэффект не наблюдается), она зависит лишь от работы выхода электрона из металла (то есть от химической природы вещества).