1. Закономерности излучения черного тела. Законы Кирхгофа, Стефана-Больцмана, Вина. Формула Релея-Джинса. Ультрафиолетовая катастрофа.

Абсолютно черное тело - тело, у которого на всех частотах и при любых температурах поглощательная способность равна единице (a_ωT=1). Поглощающая способность тела – отношение величины поглощенного потока dФ′ энергии электромагнитного излучения к величине падающего потока dФ. Закон Кирхгофа: отношение спектральной плотности энергетической светимости по частоте ν к спектральной плотности поглощаемой энергии излучения той же частоты не зависит от природы тела и является универсальной функцией ε_ν,т частоты и температуры или функцией ε_λ,т длины волны и температуры: r_ν,т /a_ν,т = ε_ν,т. Закон Стефана –Больцмана: R_Т^Э =∫ ε_ν,тdν = σT⁴, где σ=5,67·10^-8 Вт/м²К⁴ – постоянная Стеф-Больц. (для абсолютно черных тел Е_т =α σT⁴, α- коэффициент черноты. Закон Вина: λ_max·Т =b, где λ_max – длина волны соответствующая max зависимости ε_λ,т=f(λ), b=0,0029 м·К – постоянная Вина. Формула Релея –Джинса: .

2. Энергия и импульс фотона. Формула Планка для спектра излучения черного тела.

Фотон – элементарная частица, квант электромагнитного излучения.

Энергия фотона в вакууме: Е=hν= ω =h c/λ = hc , где =h/2π, ω=2πν, =1/λ – волновое число. Е – характеристика фотона как частицы, ν,ω, λ – характеристика фотона как волны. Импульс фотона: p=hν/c=h/λ= ω/c.

3. Квантовая теория фотоэффекта. Эффект Комптона.

Фотоэффект— испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения. Внешним фотоэффектом (фотоэлектронной эмиссией) называется испускание электронов веществом под действием электромагнитных излучений. Внутренним фотоэффектом называется перераспределение электронов по энергетическим состояниям в твердых и жидких полупроводниках и диэлектриках, происходящее под действием излучений. Эффектом Комптона - упругое рассеяние коротковолнового электромагнитного излучения на свободных электронах в-ва, сопровождающееся увеличением длины волны. , где θ – угол рассеяния, =h/m_ec – комптоновская длина волны. Этот эффект не укладывается в рамки волновой теории, согласно которой длина волны при рассеянии изменяться не должна: под действием периодического поля световой волны электрон колеблется с частотой поля и поэтому излучает рассеянные волны той же частоты. Эффект Комптона не может наблюдаться в видимой области спектра, поскольку энергия фотона видимого света сравнима с энергией связи электрона с атомом, при этом даже внешний электрон нельзя считать свободным. Как эффект Комптона, так и фотоэффект на основе квантовых представлений обусловлены взаимодействием фотонов с электронами. В первом случае фотон рассеивается, во втором – поглощается. При взаимодействии фотонов со свободными электронами может наблюдаться только их рассеяние, т.е. эффект Комптона.