15. Характеристики теплового излучения. Закон Кирхгофа.

Электромагнитное излучение, возникающее за счет внутренней энергии тела и зависящее от температуры и оптических свойств этого тела, называется тепловым излучением.

Характеристики теплового излучения.

Излучаемая телом энергия -, измеряется в джоулях.

Мощность излучения или поток излучения - определяется энергией излучаемой телом в единицу времени, измеряется в ваттах. [Ф]=Дж/с=Вт.

Интегральная излучательность - физическая величина, равная энергии, излучаемой в единицу времени с единичной площади нагретого тела [R_T]=Вт/м². В этом определении имеется в виду полная или интегральная энергия, излученная нагретым телом на всех длинах волн.

- спектральная плотность излучательности это энергия, излучаемая телом с единичной площади, в единицу времени в единичном интервале длин волн вблизи данной длины волны .- зависит отT, и от природы вещества тела.

Зная можно найти:.

Кирхгоф показал, что отношение спектральной плотности излучательности к спектральной плотности поглощательной способности для данныхиT одинаково для всех тел и ровно спектральной плотности излучательности абсолютно черного тела :

(1)

Где – поглощательная способность абсолютно черного тела.

Выражение (1) представляет закон Кирхгофа для теплого излучения. Из (1) видно, чем больше , тем больше , поэтому абсолютно черное тело, должно излучать больше, чем другие тела.

16. Закон Стефана-Больцмана.

Разлагая излучение абсолютно черного тела в спектр и измеряя интенсивность излучения в разных участках спектра можно найти зависимость спектральной плотности излучательности абсолютно черного тела от длины волны при разных температурах (рис. 1).

Рис. 1.

Площадь, охватываемая кривой равна интегральной излучательности абсолютно черного тела при соответствующих температурах.

Стефан и Больцман, анализируя экспериментальные данные, пришли к выводу: Интегральная излучательность абсолютно черного тела возрастает пропорционально четвертой степени абсолютной температуры тела:

(2)

где - постоянная Стефана - Больцмана равная.

Выражение (2) получило название закона Стефана-Больцмана.

17. Законы Вина. Гипотеза Планка и ее применение к тепловому

излучению.

Немецкий физик Вин установил соотношение между , соответствующей максимальной излучательности абсолютно черного тела и его температурой:

(3)

где . Выражение (3) отражает математическизакон смещения Вина.

Из анализа кривых на рисунке 1 (см. вопр.16) следует, что максимальная спектральная излучательность пропорциональна пятой степени температуры:

,

(4)

где - спектральная константа равная.

18. Фотоэффект. Законы внешнего фотоэффекта. Формула Эйнштейна.

Фотоэффектом называется электрические явления, которые происходят при освещении светом вещ-ва, а именно: выход электронов из вещ-ва (фотоэлектронная эмиссия), возникновение ЭДС.

Вылет электронов из освещенных тел называют внешним фотоэффектом.

Столетов опытным путем установил следующие законы (внешнего) фотоэффекта:

1. Число электронов, вырываемых из катода за единицу времени, пропорционально интенсивности света. (Фототок насыщения пропорционален энергетической освещенности E).

2. Максимальная начальная скорость фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а определяется только его частотой.

3. Для каждого фотокатода существует красная граница фотоэффекта, то есть минимальная частота , при которой фотоэффект еще возможен. Эта частота зависит от химической природы и состояния его поверхности.

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта

Энергия падающего фотона расходуется на совершение электроном работы выхода из металла и на сообщение вылетевшему фотоэлектрону кинетической энергии:

(2)

Уравнение (2) называется уравнением Эйнштейна для внешнего фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна позволяет объяснить второй и третий законы фотоэффекта. Из уравнения (2) непосредственно следует, что максимальная кинетическая энергия (mV²_max /2) возрастает с увеличением частоты падающего света. С уменьшением частоты кинетическая энергия (mV²_max /2) уменьшается и при некоторой частоте она становиться равной нулю и фотоэффект прекращается (). Отсюда

,

(3)

- красная граница фотоэффекта (ниже которой фотоэффект не наблюдается), она зависит лишь от работы выхода электрона из металла (то есть от химической природы вещества).