Загальна характеристика теплового випромінювання. Величини, що характеризують властивості теплового випромінювання.
Важливе значення для пояснення різних питань температурного випромінювання має закон Кірхгофа, встановлений ним у 1859 p. Закон стверджує, що відношення випромінювальної здатності до поглинальної здатності для всіх тіл при даній температурі і для даної частоти однакове:
Якщо
ці тіла розглядати разом з абсолютно
чорним тілом, для якого а(у,Г)
= 1, то закон Кірхгофа набирає такого
вигляду:
тобто для всіх тіл при даній температурі відношення випромінювальної здатності для будь-якої частоти до поглинальної здатності для тієї самої частоти є стала величина, яка дорівнює випромінювальній здатності абсолютно чорного тіла при тій самій температурі і для тієї самої частоти.
Р
(5)
З закону Кірхгофа випливають такі наслідки. Випромінювальна здатність будь-якого тіла при даній температурі менша від випромінювальної здатності абсолютно чорного тіла при тій самій температурі. Згідно з формулою (4) тіло може випромінювати тільки такі частоти, які воно при даній температурі може поглинати. Справді, e(v, T ) = a(v,T )-e(v, T), якщо a(v, Т) = 0, то і е(у, Т) = 0. Проте не можна стверджувати протилежного; адже тіло може поглинати будь-які частоти,
івність (4) є виразом закону Кірхгофа в диференціальній формі. Закон справджується також для інтегральної випромінювальної і поглинальної здатності: але не випромінювати їх. Так, наприклад, при кімнатній температурі жодне тіло не випромінює видимого світла, хоч усі вони це світло поглинають.Закони випромінювання абсолютно чорного тіла.(Стефана-Больцмана, Віна). Розподіл енергії в спектрі випромінювання абсолютно чорного тіла. Формула Планка.
Вище йшлося про доцільність введення стандартного випромінювача у вигляді абсолютно чорного тіла. Закон Кірхгофа показує, що для теорії теплового випромінювання різних тіл конче потрібно знати функцію e(v, Т), тобто випромінювальну здатність абсолютно чорного тіла. Проте експериментальні і теоретичні дослідження теплового випромінювання тіл привели спочатку до встановлення окремих важливих законів для теплового випромінювання абсолютно чорного тіла. До них належать закон Стефана
Больцмана та закон Віна.
В 1879 p. Стефан шляхом дослідних вимірювань, а пізніше в 1884 p. Больцман методом термодинамічного аналізу знайшли залежність інтегральної випромінювальної здатності абсолютного чорного тіла від температури. Вони встановили, що сумарне випромінювання абсолютно чорного тіла пропорційне четвертому ступеню його абсолютної температури:
Закон Стефана-Больцмана стосується лише інтегрального випромінювання, але знання його нічого не дає про спектральний розподіл енергії випромінювання. В пошуках спектрального розподілу енергії випромінювання чорного тіла
Фотоелектричний ефект. Дослідження Столєтова. Закони фотоефекту.
Одним з найважливіших проявів взаємодії світла з речовиною, що розкриває квантову природу світла, а також має велике практичне значення, є так званий фотоелектричний ефект. Як відомо, фотоефект є результатом дії фотонів світла на електрони речовини. Зокрема, в конденсованих системах (твердих тілах, рідинах) фотони спричиняють або вилітання електронів за межі тіл (зовнішній фотоефект), або ж перехід електронів з однієї енергетичної зони в другу (внутрішній фотоефект); у газах фотоефект зводиться до іонізації атомів і молекул під дією світла. Існує також ядерний фотоефект - вивільнення складових частинок ядра (нуклонів) під дією жорсткого гамма-проміння. Вже в перших дослідах із зарядженими металевими пластинками Столєтов встановив, що під впливом падаючого світла, переважно ультрафіолетового, тіло втрачає заряд, але тільки тоді, коли воно заряджене негативно; позитивний заряд тіла під дією світла не зменшується.
Пізніше Столєтов, з метою усунення сторонніх впливів, досліджувану пластинку розміщував у вакуумній камері (рис.1), де вона була катодом К,; для анода вводив пластинку А. Катод освітлювався через кварцове віконце
Досліди, проведені з різними металевими пластинками, показували, що струм у колі з’ являється тоді, коли катод освітлюється; очевидно, носіями струму в вакуумній трубці ставали вивільнені під дією світла електрони катода. Збільшення напруги між катодом і анодом спочатку приводило до збільшення фотоструму в колі, але при досягненні деякої напруги величина фотоструму переставала зростати і залишалася незалежною від напруги. Утворювався струм насичення. Дальше збільшення струму можна було зумовити лише збільшенням інтенсивності світла, що падало на катод.
Струм
насичення можна виразити через заряд
електрона е
і кількість електронів п,
що вивільняються з катода за одиницю
часу, Таким чином, за величиною струму
насичення можна було робити висновок
про кількість електронів, що вивільняються
з катода за одиницю часу, та про залежність
їхнього числа від величини падаючого
світлового потоку. 
Д
де e і де e і m — відповідно заряд і маса електрона.
осліди з чутливим гальванометром показали, що потік електронів від освітленого катода досягає анода і без прискорюючої напруги між ними. Щоб звести фотострум до нуля довелося прикласти до електродів у приладі Столєтова деяку гальмуючу напругу U\. Очевидно, електрони, що вивільнялися з катода під дією світла, діставали певну швидкість, яку можна Дослідження Столєтова та інших вчених привели до встановлення таких закономірностей фотоефекту.
Явище фотоефекту безінерційне, тобто з припиненням освітлення поверхні зразу ж припиняється виділення фотоелектронів; дослідження показали, що час між паданням світла і виходом електронів з металу не перевищує 10-8 с.
Кількість електронів, що вивільняються світлом за 1 с (або величина фотоструму насичення), прямо пропорційна величині світлового потоку, що падає на досліджуване тіло.
Швидкість вилітаючих фотоелектронів тіла тим більша, чим більша частота у падаючого світла, але вона не залежить від його інтенсивності.
Незалежно від інтенсивності світла, фотоефект починається тільки при цілком певній для даного металу мінімальній частоті світла; цю частоту називають “червоною межею” фотоефекту.