Зоны теплового излучения

Основными зонами теплового излучения являются:

1) Закон Кирхгофа. Отношение испускательной способности тела не зависит от природы тела и численно равно испускательной способности абсолютно черного тела при тех же значениях длины волны и времени.

 

 – относится к абсолютно черному телу,  =  Для любого тела в любой области спектра , так как , если , то и

Энергетическая Светимость а бсолютно ч ерного т ела:  =

Закон Кирхгофа описывает только тепловое излучение и является надежным критерием для определения природы излучения. Излучение, не подчиняющееся закону Кирхгофа, не является тепловым.

2) Стефана Больцмана. Энергетическая светимость А.Ч.Т. прямо пропорциональна 4 степени его термодинамической системы. ,

3) Закон смещения Вина. Максимальная длина волны, соответствующая максимальному значению испускательной способности Ф.Ч.Т., обратно пропорциональна его температуре: ,

4) Второй закон Вина. Максимальное значение испускательной способности А.Ч.Т. пропорционально пятой степени его термодинамической температуры: ,

3.5.3. Фотоэлектрический эффект

Фотоэффект – явление взаимодействия света с веществом, в результате которого энергия фотона передается электродам вещества. Явление открыто Герцем в 19 веке. Различают 3 вида фотоэффекта: внешний, внутренний, вентильный. Рассмотрим схему установки для внешнего:

Внешним фотоэффектом называется явление испускания электрона под действием электромагнитного излучения. Изучая явление фотоэффекта, Столетов облучал катод светом с различными длинами волн и установил закономерности:

1) Наибольший эффект оказывает ультрафиолетовое излучение

2) Под действием света вещество теряет только отрицательные заряды

3) Сила тока, возникающая под действием света, пропорциональна его интенсивности.

Внешний фотоэффект приводит к появлению свободных носителей тока и возникновению фототоков.

Важной характеристикой внешнего фотоэффекта является его вольт – амперная характеристика, то есть зависимость силы тока от напряжения между электродами.

Фототок излучения определяется таким значением напряжений между электродами, при котором все электроды, испущенные катодом, достигается анодом.

Чтобы фототок между электродами прекратился, необходимо проложить задерживающее напряжение, величина которого определяется по закону сохранения энергии.

Закон внешнего фотоэффекта:

1) Закон Столетова: при фиксированной частоте падающего на катод света, число фотоэлектронов, вырываемых из катода в единицу времени, пропорционально интенсивности света и не зависит от его частоты.

2) Для данного фотокатода максимальная скорость фотоэлектронов зависит от частоты и не зависит от интенсивности. Растет частота, энергия и скорость

3) Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта – это минимальная частота света, при которой свет любой интенсивности фотоэффекта не возникает и зависит от химической природы, состояния поверхности; на явлении фотоэффекта основано действие фотоэлектронных приборов.

Внутренний фотоэффект – переход электронов внутри проводника или диэлектрика из связанных состояний свободные без вылета наружу под действием электромагнитного излучения. Внутренний фотоэффект проявляется в изменении концентрации носителей токов в среде и приводит к возникновению фотопроводимости или вентильного фотоэффекта. Фотопроводимостью называется увеличение электропроводимости вещества под действием света. Вентильный фотоэффект – возникновение ЭДС на границе двух разных проводников или металлов в отсутствии внешнего электрического поля. Вентильный фотоэффект открывает пути прямого преобразования солнечной энергии в электрическую.

Уравнение Эйнштейна. Эйнштейн объяснил законы фотоэффекта, предложив квантовую теорию фотоэффекта. Согласно Эйнштейну, свет не только испускается как предполагал Планк, но и распространяется и поглощается также отдельными порциями, называемыми квантами или фотонами.

Согласно Эйнштейну, каждый квант поглощается только одним электроном. По закону сохранения энергии полученная электроном энергия расходуется им на совершение работы выхода и приобретение кинетической энергии. Уравнение Эйнштейна:

Если Энергии фотона хватает электрону только на совершение работы выхода на поверхность катода, то  = 0

, ,

При больших интенсивностях, достигаемых с помощью лазеров, наблюдается многофотонный фотоэффект (или линейный).

Многофотонным называется фотоэффект, при котором электроны, испущенные катодом, могут одновременно получить энергию не одного, а несколько фотонов (N=2, 3, 4, 5). Уравнение Эйнштейна для многофотонного фотоэффекта: