ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.12.2023
Просмотров: 367
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
2)Закон Стефана - Больцмана: излучательная способность абсолютно черного тела пропорциональна температуре в четвертой степени: + излучательная способность; С0 – поглощающая способность; температура.Серое тело – это тело, имеющее непрерывный спектр излучения и отношение элективной интенсивности излучения серого тела к селективной интенсивности излучения абсолютно черного тела, для всех длин волн и температур величина постоянная: степень черноты; коэффициент излучения серого тела.3)Закон Кирхгофа: отношение излучающей способности тела к его поглощающей способности, равно излучающей способности абсолютно черного тела при данной температуре: .Следствие: 26. Для получения правильного вида немецкий физик Макс Планк в 1900 году сформулировал квантовую гипотезу, согласно которой электромагнитное излучение испускается в виде отдельных порций энергии квантов, величина которых пропорциональна частоте излучения: .Константа называется постоянной Планка. Из гипотезы Планка может быть получено следующее выражение для средней энергии излучения с частотой
: ,что существенно отличается от в классической теории.Для универсальной функции Кирхгофа находим: .Соотношение называют формулой Планка. В области низких частот (2.3) переходит в формулу Рэлея-Джинса. В области высоких частот из (2.3) находим: ,что хорошо согласуется с результатами эксперимента.С ростом температуры максимум функции смещается в область более высоких частот, .Для энергетической светимости абсолютно черного тела получается выражение: .Константа называется постоянной Стефана-Больцмана, а соотношение -законом Стефана-Больцмана.Вычисляя производную и приравнивая ее нулю, находим, что максимум излучательной способности абсолютно черного тела приходится на длину волны: .+Видно, что с ростом температуры , максимум излучательной способности смещается в сторону более коротких волн. Соотношение называют
законом смещения Вина.Для измерения температуры раскаленных, а также самосветящихся тел, удаленных от наблюдателя (например, звезд), используются методыоптической пирометрии. Приборы для измерения температуры нагретых тел по интенсивности их теплового излучения в оптическом диапазоне спектра называютпирометрами. Принцип действия этих приборов основан на использовании зависимости испускательной способности и энергетической светимости тел от температуры. В зависимости от того, какой закон теплового излучения используется при измерении температуры27. Различают фотоэффект внешний, внутренний и вентильный. Внешним фотоэлектрическим эффектом (фотоэффектом) называется испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения. Внешний фотоэффект наблюдается в твердых телах (металлах, полупроводниках, диэлектриках), а также в газах на отдельных атомах и молекулах (фотоионизация). Фотоэффект обнаружен (1887 г.) Г. Герцем, наблюдавшим усиление процесса разряда при облучении искрового промежутка ультрафиолетовым излучением. Первые фундаментальные исследования фотоэффекта выполнены русским ученым А. Г. Столетовым. Столетов установил следующие закономерности, не утратившие своего значения до нашего времени: 1) наиболее эффективное действие оказывает ультрафиолетовое излучение; 2) под действием света вещество теряет только отрицательные заряды; 3) сила тока, возникающего под действием света, прямо пропорциональна его интенсивности.Внутренний фотоэффект— это вызванные электромагнитным излучением переходы электронов внутри полупроводника или диэлектрика из связанных состояний в свободные без вылета наружу. В результате концентрация носителей тока внутри тела увеличивается, что приводит к возникновению фотопроводимости(повышению электропроводности полупроводника или диэлектрика при его освещении) или к возникновению э.д.с. три закона внешнего фотоэффекта.I. Закон Столетова: при фиксированной частоте падающего света число фотоэлектронов, вырываемых из катода в единицу времени, пропорционально интенсивности света (сила фототока насыщения пропорциональна энергетической освещенности Екатода).II. Максимальная начальная скорость (максимальная начальная кинетическая энергия) фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а определяется только его частотой
.III. Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т. е. минимальная частота 0 света (зависящая от химической природы вещества и состояния его поверхности), ниже которой фотоэффект невозможен.А. Эйнштейн в 1905 г. показал, что явление фотоэффекта и его закономерности могут быть объяснены на основе предложенной им квантовой теории фотоэффекта .Согласно Эйнштейну, свет частотой не только испускается, как это предполагал Планк (см. § 200), но и распространяется в пространстве и поглощается веществом отдельными порциями (квантами), энергия которых 0=h.Таким образом, распространение света нужно рассматривать не как непрерывный волновой процесс, а как поток локализованных в пространстве дискретных световых квантов, движущихся со скоростью распространения света в вакууме. Кванты электромагнитного излучения получили название фотонов.По Эйнштейну, каждый квант поглощается только одним электроном. Поэтому число вырванных фотоэлектронов должно быть пропорционально интенсивности света (I закон фотоэффекта). Безынерционность фотоэффекта объясняется тем, что передача энергии при столкновении фотона с электроном происходит почти мгновенно.Энергия падающего фотона расходуется на совершение электроном работы выхода Аиз металла (см. § 104) и на сообщение вылетевшему фотоэлектрону кинетической энергии mv2max/2.По закону сохранения энергии,Согласно Эйнштейну, свет частотой ν не только испускается, как предполагал Планк, но и распространяется в пространстве и поглощается веществом отдельными порциями (квантами), энергия которых ε0 = hν .h*ню = Ав +
При этом энергия кванта:
где m и n – энергетические уровни.Энергия падающего фотона расходуется на совершение работы выхода электрона из металла и на сообщение вылетевшему фотоэлектрону кинетической энергии
28. Вольт-амперная характеристика фотоэлемента – зависимость фототока I, образуемого потоком электронов, испускаемых катодом под действием света, от напряжения U между электродами.Вольт-амперная характеристика, соответствующая двум различным освещенностям катода( частота света в обоих случаях одинакова), приведена на рисунке выше. По мере увеличения U фототок постепенно возрастает, т.е. все большее число фотоэлектронов достигает анода. Пологий характер кривых показывает, что электроны вылетают из катода с различными скоростями. Максимальное значение тока - фототок насыщения - определяется таким значением U, при котором все электроны, испускаемые катодом, достигают анода:Где n – число электронов, испускаемых катодом за 1 с.Из вольт-амперной характеристики следует, что при U = 0 фототок не исчезает. Следовательно, электроны, выбитые светом из катода, обладают некоторой начальной скоростью v, а значит, и отличной от нуля кинетической энергией и могут достигнуть анода без внешнего поля. Для того чтобы фототок стал равным пулю, необходимо приложить задерживающее напряжение U0. При U = U0 ни один из электронов, даже обладающий при вылете из катода максимальной скоростью vmax, не может преодолеть задерживающего поля и достигнуть анода. Следовательно,Т.е., измерив, задерживающее напряжение U0, можно определить максимальные значения скорости кинетической энергии фотоэлектронов.Краткий итог: фототок насыщения зависит только от интенсивности, а запирающее напряжение U0 зависит от кинетической энергии вырываемых светом электронов, в свою очередь кинетическая энергия зависит только от частоты света.29. Эффект Комптона. Элементарная теория эффекта Комптона.Эффект Комптона (Комптон-эффект) – явление изменения длины волны электромагнитного излучения вследствие рассеивания его электронами. При рассеянии фотона на покоящемся электроне частоты фотона ν и ν’ (до и после рассеяния соответственно) связаны соотношением:
: ,что существенно отличается от в классической теории.Для универсальной функции Кирхгофа находим: .Соотношение называют формулой Планка. В области низких частот (2.3) переходит в формулу Рэлея-Джинса. В области высоких частот из (2.3) находим: ,что хорошо согласуется с результатами эксперимента.С ростом температуры максимум функции смещается в область более высоких частот, .Для энергетической светимости абсолютно черного тела получается выражение: .Константа называется постоянной Стефана-Больцмана, а соотношение -законом Стефана-Больцмана.Вычисляя производную и приравнивая ее нулю, находим, что максимум излучательной способности абсолютно черного тела приходится на длину волны: .+Видно, что с ростом температуры , максимум излучательной способности смещается в сторону более коротких волн. Соотношение называют
законом смещения Вина.Для измерения температуры раскаленных, а также самосветящихся тел, удаленных от наблюдателя (например, звезд), используются методыоптической пирометрии. Приборы для измерения температуры нагретых тел по интенсивности их теплового излучения в оптическом диапазоне спектра называютпирометрами. Принцип действия этих приборов основан на использовании зависимости испускательной способности и энергетической светимости тел от температуры. В зависимости от того, какой закон теплового излучения используется при измерении температуры27. Различают фотоэффект внешний, внутренний и вентильный. Внешним фотоэлектрическим эффектом (фотоэффектом) называется испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения. Внешний фотоэффект наблюдается в твердых телах (металлах, полупроводниках, диэлектриках), а также в газах на отдельных атомах и молекулах (фотоионизация). Фотоэффект обнаружен (1887 г.) Г. Герцем, наблюдавшим усиление процесса разряда при облучении искрового промежутка ультрафиолетовым излучением. Первые фундаментальные исследования фотоэффекта выполнены русским ученым А. Г. Столетовым. Столетов установил следующие закономерности, не утратившие своего значения до нашего времени: 1) наиболее эффективное действие оказывает ультрафиолетовое излучение; 2) под действием света вещество теряет только отрицательные заряды; 3) сила тока, возникающего под действием света, прямо пропорциональна его интенсивности.Внутренний фотоэффект— это вызванные электромагнитным излучением переходы электронов внутри полупроводника или диэлектрика из связанных состояний в свободные без вылета наружу. В результате концентрация носителей тока внутри тела увеличивается, что приводит к возникновению фотопроводимости(повышению электропроводности полупроводника или диэлектрика при его освещении) или к возникновению э.д.с. три закона внешнего фотоэффекта.I. Закон Столетова: при фиксированной частоте падающего света число фотоэлектронов, вырываемых из катода в единицу времени, пропорционально интенсивности света (сила фототока насыщения пропорциональна энергетической освещенности Екатода).II. Максимальная начальная скорость (максимальная начальная кинетическая энергия) фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а определяется только его частотой
.III. Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т. е. минимальная частота 0 света (зависящая от химической природы вещества и состояния его поверхности), ниже которой фотоэффект невозможен.А. Эйнштейн в 1905 г. показал, что явление фотоэффекта и его закономерности могут быть объяснены на основе предложенной им квантовой теории фотоэффекта .Согласно Эйнштейну, свет частотой не только испускается, как это предполагал Планк (см. § 200), но и распространяется в пространстве и поглощается веществом отдельными порциями (квантами), энергия которых 0=h.Таким образом, распространение света нужно рассматривать не как непрерывный волновой процесс, а как поток локализованных в пространстве дискретных световых квантов, движущихся со скоростью распространения света в вакууме. Кванты электромагнитного излучения получили название фотонов.По Эйнштейну, каждый квант поглощается только одним электроном. Поэтому число вырванных фотоэлектронов должно быть пропорционально интенсивности света (I закон фотоэффекта). Безынерционность фотоэффекта объясняется тем, что передача энергии при столкновении фотона с электроном происходит почти мгновенно.Энергия падающего фотона расходуется на совершение электроном работы выхода Аиз металла (см. § 104) и на сообщение вылетевшему фотоэлектрону кинетической энергии mv2max/2.По закону сохранения энергии,Согласно Эйнштейну, свет частотой ν не только испускается, как предполагал Планк, но и распространяется в пространстве и поглощается веществом отдельными порциями (квантами), энергия которых ε0 = hν .h*ню = Ав +
При этом энергия кванта:| hν = Wm – Wn, |
| | hν = A + | mυmax2 | | (41.3) |
| | 2 | |||
| | | |||
28. Вольт-амперная характеристика фотоэлемента – зависимость фототока I, образуемого потоком электронов, испускаемых катодом под действием света, от напряжения U между электродами.Вольт-амперная характеристика, соответствующая двум различным освещенностям катода( частота света в обоих случаях одинакова), приведена на рисунке выше. По мере увеличения U фототок постепенно возрастает, т.е. все большее число фотоэлектронов достигает анода. Пологий характер кривых показывает, что электроны вылетают из катода с различными скоростями. Максимальное значение тока - фототок насыщения - определяется таким значением U, при котором все электроны, испускаемые катодом, достигают анода:Где n – число электронов, испускаемых катодом за 1 с.Из вольт-амперной характеристики следует, что при U = 0 фототок не исчезает. Следовательно, электроны, выбитые светом из катода, обладают некоторой начальной скоростью v, а значит, и отличной от нуля кинетической энергией и могут достигнуть анода без внешнего поля. Для того чтобы фототок стал равным пулю, необходимо приложить задерживающее напряжение U0. При U = U0 ни один из электронов, даже обладающий при вылете из катода максимальной скоростью vmax, не может преодолеть задерживающего поля и достигнуть анода. Следовательно,Т.е., измерив, задерживающее напряжение U0, можно определить максимальные значения скорости кинетической энергии фотоэлектронов.Краткий итог: фототок насыщения зависит только от интенсивности, а запирающее напряжение U0 зависит от кинетической энергии вырываемых светом электронов, в свою очередь кинетическая энергия зависит только от частоты света.29. Эффект Комптона. Элементарная теория эффекта Комптона.Эффект Комптона (Комптон-эффект) – явление изменения длины волны электромагнитного излучения вследствие рассеивания его электронами. При рассеянии фотона на покоящемся электроне частоты фотона ν и ν’ (до и после рассеяния соответственно) связаны соотношением: