Равновесное излучение и его свойства. Закон Стефана-Больцмана. Формула Вина и закон смещения Вина. Формула Рэлея-Джинса

Рассмотрим тепловое излучение, находящееся в термодинамическом равновесии с веществом. Объёмная плотность - равновесна энергии излучения. Единицы измерения [U]= ; ;

- объёмная плотность энергии равновесного излучения приходящегося на интервал от ώ до и длинна волн от до .

Свойства равновесного излучения:

1. Равновесное излучение однородно, изотропно, неполяризованное.

2. Поскольку излучение находится в ТД равновесии со стенками, то можно говорить о температуре и не только стенок, но и самого излучения, считая обе температуры равными. Замечание: Абсолютная температура – есть свойство самого излучения, е не стенки. О ней имеет смысл говорить и тогда, когда вообще нет никакой стенки. Плотность равновесного излучения однозначно определяет его температуру.

3. из ТД⟹ что равновесное излучение зависит только от температуры и совершенно не зависит от материала и формы стенок полости.(РИС)

4. Из п.(3)⟹ что, равновесное излучение при температуре Т тождественна тепловому излучению АЧТ при этой же температуре, поэтому равновесное излучение называют чёрным излучением.

Между испускательной способностью АЧТ и плотностью существует связь:

Т.е. испускательная способность АЧТ однозначно связана с плотностью энергетического равновесия и отличается от последней лишь постоянным размерным множителем. А по сему, задача о нахождении функции Киргофа f(ώ,T):

сводится к задаче статистической физики, а именно: в нахождении спектральной плотности для равновесного излучения.

5. «Радиац» давлении. U- объёмная плотность.

Закон Стефана-Больцмана(1879г.)

=

–Закон смещения Вина. b=2,90 =const Вина.

Формула Релея-Джинса:

–число стоячих колебаний. При этом здесь учтено, что поляризация этих мод с коэффициентом 2. Найдём энергию: - средняя энергия.

K=const Больцмана. - спектральная плотность.

- Формула Релея-Джинса.

Фотоэлектрический эффект. Экспериментальные законы внешнего фотоэффекта. Опыты Столетова. Красная граница внешнего фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Работа выхода. Многофотонный фотоэффект.

В 1995г. Эйнштейн развил квантовую гипотезу Планка. Планк предложил, квантовые свойства вещества проявляются при взаимодействии света с веществом (дискретный процесс испускания и поглощения).

Эйнштейн распространил дискретный характер и самому свету, т.е. при распространении свет в пространстве ведёт себя как совокупность каких-то частиц – квантов либо частиц.

Гипотеза о корпускулярности света позволила объяснить результаты фотоэлектрических экспериментов.

В конденсированных средах (твёрдые тела и жидкости) различают внешний и внутренний фотоэффекты. Фотоэффект в газах состоит в ионизации газов либо молекул под действием света, и обычно называют фотоионизацией.

Внешним фотоэффектом называют испускание электронов веществом под действием света.

При внутреннем фотоэффекте электроны вырываются из атома либо молекул и остаются внутри, не нарушая его электронной нейтральности. Впервые его обнаружил Герц.

Облучаем УФ излучением отрицательно заряжённые шарики заряд уменьшится, а если заряд положительный, то облучение не влияет на заряд. (заряд постоянный). Если облучить нейтральный шарик, то он приобретёт положительный заряд.

Последние эксперименты показали, что во время облучения теряются электроны, они получили название фотоэлектроны. И ток, который образовался во внешнем электрическом поле, получил название - фототок.

Впервые исследовал явление фотоэффекта - Столетов. (РИС)

К графику: n- число электронов вырываемых в единицу времени под действием этого излучения. – то напряжение, которое требуется чтобы фототок прекратился.

Задерживающее напряжение: ;

Экспериментальные законы внешнего фотоэффекта:

1) Прификсированной частоте падающего света фототок насыщения пропорционален освещённости катода:

2)Max кинетическая энергия фотоэлектрона линейно зависит от частоты падающего света, и не зависит от его интенсивности.

3)Для каждого фотокатода существует красная граница фотоэффекта, т.е. такая или при которых ещё возможен внешний фотоэффект. При фотоэффекта нет.

Замечание: Для каждого материала фотокатода имеет своё значение и зависит от состояния поверхности фотокатода.

Замечание: Фотоэффект явление безынерционное он возникает порядка с.

3й и 2й законы противоречат законам физики, точнее классической волновой электромагнитной теории света.

Фотоэффект объясняется на основе гипотезы Эйнштейна.

При больших интенсивностях наблюдается многофотонный фотоэффект: N- число фотонов. N∼2-7.