25 Законы тепл. Изл (ти).

ЗАКОН КИРХГОФА: отнош. СПЭС к СПС не завил от природы тела - универс ф-я частоты

Использ. з-н Кирхг. по СпектПлотнИзл черн. тела мжно опр. спектр плотн. любого нечерн тела.

З-Н СТЕФАНА-БОЛЬЦМАНА

уст. зависимость ИнтПлоИзл черн теля от темпер. (для черн тела)

энерг. светим = R_е=*T⁴ (для не черн тела)

 - пост. СтефБольцм = 5.67*10^-8Вт/м²*К⁴

R_е=a_t**T⁴ (черн тела)

a_t - коэф. погл. нечерн тела.

a_t = ИнтПлотИзл / ИнтПлотИзл

при той же температуре

З-Н СМЕЩЕНИЯ ВИНА

длина волны _мах , соотв. максимуму спектр плотн изл, обрат пропорциональна абсолютной темп. тела T:

 _мах = b/T

где b - пост Вина = 2.98*10^-3 м К

Экспериментальное исследование зависимости СпекПлотнИзл абсол черного тела от длины волны и температуры показали:

есть четко выраженный максимум, при повышении температуры Т положение максимума смещается в сторону более коротких волн, а величина максимума СпектПлотн резко возрастает.

ВТОРОЙ З-Н Вина

Максим СпекПлоИзл определяется

(r⁰_,T)_макс = c’ T⁵

где c’ - пост = 1.29*10^-5 Вт м^-3 К^-5

Основываясь на гипотезе о квантовой природе излучения и используя результаты расчета СпекПлотИзл методами классической физики, Планк получает формулу для СпекПлоИзл абс черногго тела:

ФОРМУЛА ПЛАНКА

где

h - пост Планка = 6.625*10^-34

 - длина волны изл

k - пост. Больцмана

T - абс. темпер тела

График завис СпеПлоИзл абс. черн тела, соотв. фор-ле Планка, совпадает с рез-ми экспериментальных исследов, т.е. Планку удается установить истинную завис СпеПлоИзл от длины волны и темп. абс черн тела.

В обл длин волн для которых hc/( k T) >> 1, формула Планка записывается так:

(**) {ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ЗАКОН Вина}

так как в этом случае единицей в знаменателе можно пренебречь

соотношение (**) соответствует ТЕОРЕТИЧЕСКОМУ ЗАКОНУ Вина, который выполняется в области длин волн, намного меньших длины волны, на которую приходится максимум СпекПлоИзл

В обл длин волн для которых hc/( k T) << 1, выполняется з-н Ренеля-Джинса, т.к. в этом случае:

и формула принимает вид:

ЗАКОН РЕНЕЛЯ - ДЖИНСА

(**)

выполняется в обл длин волн значительно больших длины волны, на которую приходится максимум излучения

26 Оптическая пирометрия

Использ. для измерения тем-ры светящихся тел.

ОПТИЧЕСКОЙ ПИРОМЕТРИЕЙ наз. методы измерения выс. тем-р, использующие зависимость СпекПлоСветим или ИнтЭнергСветим тел от тем-ры.

ПИРОМЕТР - прибор для измерения тем-ры нагретых тел по интенсивности их теплового изл. в оптическом диапазоне спектра

РАДИАЦИОННАЯ ТЕМПЕРАТУРА (T_p) - темпер черного тела, при которой его энергетическая светимость R_e равна энергетической светимости R­­_T исследуемого тела и вычисляется по з-ну Стефана-Больцмана:

Радиационная тем-ра T_p всегда меньше истинной тем-ры тела (т.к. коэф. погл способн А_т для серых тел <1)

ЦВЕТОВАЯ ТЕМ-РА (Т_ц)

для серых тел СпекПлотнЭнергСветим:

R _,T= A_T r_,T

где A_T = const <1

распределение энерг. в спектре изл. такое же, как и в спектре черного тела, имеющего ту же тем-ру. Поэтому к серым телам примени з-н Вина:

Т_ц = b / _max

наз. цветовой темп-рой

Для серых тел она совпадает с истинной

(напр. можно опеделить T_солнца = 6500К)

ЯРКОСТНАЯ ТЕМП-РА (Т_я) -

темп-ра черного тела, при которой для определенной длины волны его СпектПлотнЭнергСветим = СпектПлотнЭнергСветим исследуемого тела, т.е.

r _,Tя = R _,T (**)

T - истинная темп-ра тела.

По з-ну Киргофа:

R _,T / A _,T = r _,T , использ (**):

A _,T = r_,Tя / r_,T

Т.к. для нечерных тел A<1, то r _,Tя < r _,T

и яркостная тем-ра МЕНЬШЕ истинной

27 ЯВЛЕНИЕ ФОТОЭФФЕКТА

- бывает внешним, внутренним и вентильный.

ВНЕШНИМ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ЭФФЕКТОМ (ФОТОЭФФЕКТОМ - ФЭ) наз. испускание электронов вещ-вом под воздействием электромагнитного излучения. Наблюд в тв. телах.

Принципиальная схема исслед ФЭ

к - Катод из исслед. Ме (металла) и анод (а) (в опытах Столетова - сетка из Ме). Вакуумная трубка подключена к батарейке так, что с помощью потенциометра R можно изменять не только значение, но и знак подаваемого на них напряжения. Ток измеряется миллиамперметорм (мА) Облучая катод светом, Столетов установ. закономерности:

1) наибольшее эффективн. действие оказ ультрафиолетов излуч. 2) под действием света вещ-во теряет только отрицательные заряды 3) сила тока, под действием света, прямо пропорционально его интенсивности.

ВНУТРЕННИЙ ФОТОЭФФЕКТ (ВнуФЭ) - это вызванные электромагн. изл. переходы электронов внутри п/п-ка или диэлектрика из связанных состояний в свободные без вылета наружу. Это приводит к повышению проводимости или к возн. э.д.с.

ВЕНТИЛЬНЫЙ ФОТОЭФФЕКТ - возникновение э.д.с. при освещении контакта двух разных п/п-ков или п/п-ка и Ме (при отсутствии внешн эл. поля).

ВАХ лампы фотоэффекта

Ее - освещенности

Iнас - ток насыщения

Iнас = en

n - число эл-нов испуск. катодом за 1сек.

e - заряд

U0 - задерж напряжение (mv²_мах/2 = e*U0)

при U=U0 электроны даже при скорости v_макс не погут проедолеть задерживающее поле

ЗАКОНЫ ВНЕШНЕГО ФОТОЭФФЕКТА

1) ЗАКОН Столетова при фикс. частоте падающ. света число фотоэлектр., вырываемых с катода в ед. времени, пропорционально интенсивности света

2) Максимальная начальная скорость (кинет. энерг.) фотоэл. не завис. от интенсивности падающ. света, а определяется только его частотой  (линейно возр. с увелич )

3) Для кажд. вещ-ва сущ. “красная граница” , минимальная частота ₀ ,при которой свет при любой интенсивности фотоэффекта не вызывает.

...

Энергия падащюего фотона расходуется на совершение электроном работы выхода А из металла и на сообщение вылетевшему фотоэлектрону кинетич. енергии:

УРАВНЕНИЕ ЭНШТЕЙНА для внешн. фотоэфф.

Этим объясняются законы фотоэферкта (см. выше)

Если интенсивность света велика, то возможен МНОГОФОТОННЫЙ ФОТОЭФФЕКТ при котором электрон, испускаемый Ме, может одновременно получить энергию N фотонов:

Nh = A + mv²_max / 2

Идея Эйнштейна о распространении света в виде потока отдельных фотонов и вкантовом хар-ре изл. подтверждена опытами А.Ф.Иоффе и Н.И.Добронравова в 1922г.

Масса фотона: m _ = h  / c².

Импульс фотона: p_ = ₀ / c = h  / c

Давление света при нормальном падении на пов-ть: p=(E_e/c) * (1+ ) =  (1+),

где  - коэф. отражения,

E­_e - энергия всех фотонов падающ. на ед. площади

 - объемная плотность энергии изл.