Законы Стефана – Больцмана, Вина и Кирхгофа

Закон Кирхгофа: отношение испускательной способности тела к его поглощательной способности не зависит от природы тела; оно является для всех тел универсальной функцией частоты и температуры: r_n/a_n=¼c×r(n,T)

Закон Стефана – Больцмана утверждает, что энергетическая светимость абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его абсолютной температуры: R_э=dT⁴, где d-постоянная Больцмана =5,67×10^-8 Вт/(м²×К⁴). Закон смещения Вина: при повышении температуры тела максимум l_мах смещается в сторону меньших длин волн: l_max=b/T, где b-постоянная Вина = 2,9×10^-3 м×К, r_max ~ T⁵.

Ультрафиолетовая катастрофа (распределение энергии в спектре АЧТ)

На основе применения к тепловому излучению методов статической физики, воспользовавшись классическим законом равномерного распределения энергии по степеням свободы была получена формула Рэлея Джинса: r_n=2pn²/c² × kT. Как показал опыт, выражение согласуется с экспериментальными данными только в области достаточно малых частот и больших температур. В области больших частот формула Релея – Джинса резко расходится с экспериментальными данными, а также с законом Вина. Кроме того, оказалось, что попытка получить закон Стефана – Больцмана из формулы Рэлея – Джинса приводит к абсурду. R_e=₀ò^¥ nr_n,T dn=2pkT/c² × ₀ò^¥ n² dn=¥, в то время, как по закону Стефана – Больцмана R_е пропорциональна четвертой степени температуры. Этот результат получил название «ультрафиолетовой катастрофы». Таким образом, в рамках классической физики не удалось объяснить законы распределения энергии в спектре черного тела.

Виды фотоэффекта. Внешний и внутренний фотоэффект.

Внешним фотоэффектом называется испускание электронов веществом под действием света. Электроны, вылетающие из вещества при внешнем фотоэффекте называются фотоэлектронами, а электрический ток, образуемый ими при упорядоченном движении во внешнем электрическом поле, называется фототоком. Внутренним фотоэффектом называется перераспределение электронов по энергетическим состояниям в твердых и жидких полупроводниках и диэлектриках, происходящее под действием света. Фотопроводимостью называется увеличение электрической проводимости вещества под действием света. Вентильным фотоэффектом называется возникновение под действием света э.д.с. в с системе, состоящей из контактирующих полупроводника и металла или двух разнородных полупроводников (при отсутствии внешнего электрического поля).

Внешний фотоэффект. Его основные закономерности.

Внешним фотоэффектом называется испускание электронов веществом под действием света. Электроны, вылетающие из вещества при внешнем фотоэффекте называются фотоэлектронами, а электрический ток, образуемый ими при упорядоченном движении во внешнем электрическом поле, называется фототоком. Законы фотоэффекта: 1) Закон Столетова: при фиксированной частоте падающего света число фотоэлектронов, вырываемых из катода в единицу времени, пропорционально интенсивности света (фототок насыщения пропорционален энергетической освещенности катода) I_н ~E_э и n_сек ~E_э; 2) Максимальная начальная скорость фотоэлектронов зависит от частоты света и не зависит от его интенсивности; 3) Для каждого вещества существует «красная граница» фотоэффекта, т.е. минимальная частота света, при которой свет любой интенсивности фотоэффекта не вызовет.