11. Тепловое излучение. Законы Кирхгофа, Стефана-Больцмана, Вина. Формула Рэлея-Джинса. Формула Планка.

Тепловое излучение — электромагнитное излучение с непрерывным спектром, испускаемое нагретыми телами за счёт их тепловой энергии. Примером теплового излучения является свет от лампы накаливания.

Отношение излучательной и поглощательной способности тел описывается законом излучения Кирхгофа:

Отношение излучательной способности любого тела к его поглощательной способности одинаково для всех тел при данной температуре (Т) для данной частоты(w) и не зависит от их формы, химического состава и проч.

r(w,T)/а(w,T) = f(w,T)

поглощательная способность - а(w,T)

излучательная способность - r(w,T)

Закон Стефана — Больцмана — закон излучения абсолютно чёрного тела. Определяет зависимость мощности излучения абсолютно чёрного тела от его температуры. Абсолютно чёрное тело — физическая идеализация, применяемая в термодинамике, тело, поглощающее всё падающее на него электромагнитное излучение во всех диапазонах и ничего не отражающее.

Формулировка закона: Мощность излучения абсолютно чёрного тела прямопропорциональна площади поверхности и четвёртой степени температуры тела:

P = SеуT^4

где е - степень черноты (для всех веществ е < 1, для абсолютно черного тела е = 1). При помощи закона Планка для излучения, постоянную у можно определить как:

, где постоянная Планка - , постоянная Больцмана – k, скорость света – c.

Первый закон излучения Вина:

, где

• - плотность энергии излучения

- частота излучения

- температура излучающего тела

- функция, зависящая только от частоты и температуры.

Второй закон излучения Вина.

Опыт показывает, что вторая формула Вина справедлива лишь в пределе высоких частот (малых длин волн). Она является частным конкретным случаем первого закона Вина.

Следующие выражения называют формулой Релея-Джинса:

или

Формула Планка— выражение для спектральной плотности мощности излучения абсолютно чёрного тела, которое было получено Максом Планком. Для плотности энергии излучения

u(щ,T):

12.Квантовые представления о свете. Тормозное рентгеновское излучение. Фотоэффект. Эффект Комптона.

Квантовая теория света, (или фотонная теория А. Эйнштейна), утверждала, что свет есть постоянно распространяющееся в мировом пространстве волновое явление. И вместе с тем световая энергия, чтобы быть физически действенной, концентрируется лишь в определенных местах, поэтому свет имеет прерывную структуру.

Есть два типа рентгеновского излучения: тормозное и характеристическое.

Тормозное рентгеновское излучение (рентгеновские лучи) с непрерывным энергетическим спектром - коротковолновое электромагнитное (фотонное) излучение. Диапазон частот, 3·10^16 – 3·10^19 Гц, диапазон длин волн 10-8 – 10-12 м. Образуется при уменьшении кинетической энергии (торможении, рассеянии) быстрых заряженных частиц, например, при торможении в кулоновском поле ускоренных электронов. Спектр тормозного излучения непрерывен, максимальная энергия равна начальной энергии частицы. При больших энергиях тормозящихся заряженных частиц, тормозное рентгеновское излучение переходит в энергетический диапазон g– излучения.

Фотоэффект — это испускание электронов веществом под действием света (и, вообще говоря, любого электромагнитного излучения). В конденсированных веществах (твёрдых и жидких) выделяют внешний и внутренний фотоэффект.

Законы фотоэффекта:

-Формулировка 1-го закона фотоэффекта: количество электронов, вырываемых светом с поверхности металла за единицу времени на данной частоте, прямо пропорционально световому потоку, освещающему металл.

-Согласно 2-ому закону фотоэффекта, максимальная кинетическая энергия вырываемых светом электронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности.

-3-ий закон фотоэффекта: для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, то есть минимальная частота света н0 (или максимальная длина волны л0), при которой ещё возможен фотоэффект, и если н<н0, то фотоэффект уже не происходит.

Эффект Комптона (Комптон-эффект) — явление изменения длины волны электромагнитного излучения вследствие рассеивания его электронами.

При рассеянии фотона на покоящемся электроне частоты фотона v и v' (до и после рассеяния соответственно) связаны соотношением:

, где - угол рассеяния (угол между направлениями распространения фотона до и после рассеяния).