Модуль Релея-Джинса. Ультрофиалетовая катастрофа.

Задание 1.

Виды излучения. Тепловое излучение. Характеристики теплового излучения. Закон Кирхгофа.

Виды излучения:

1) Хемилюминесцентное – энергия излучения в рез-те хим реакции.

2) Электролюминесценция - энергия эл. поля.

3) Фотолюминесценция – энергия при освещении вещ-ва светом.

4) Тепловое излучение – равновесное(не прекращается).

Тепловое излучение.

Все вещ-ва, независ. от их природы состоят из атомов. При любой темпер. выше 0 K всё находится в хаотическом тепловом движении. Вследствие хаотич. тепл. движения все тела в окруж. пр-во испускают э/м излучение определённых диапазонов, именуемое теплов. излучением. Тепл. излучение в сильной степени зависит от температуры тела. Чем выше темп-ра, тем интенсивнее тепл. излуч. Тепл. излучение, посылаемое любым телом, характеризуется сплошным спектром, т.е. присутствует совокупность различных длин волн. Для более нагретых тел (до высоких температур) преобладают более короткие волны. Любое тело при T>0 K называют нагретым.

Характеристики теплового излучения.

Тепловое излучение описывается с помощью 2-х характеристик:

Энергетическая светимость тела или интегральная излучательность тела. Энерг. светимостью наз. физич. величину, численно равную энергии теплов. излучения, испускаемого с 1м2 в 1 сек нагретым телом по всем длинам волн. Обознач. RT.

, т.е. RT - удельная тепловая мощность.

.

2) Спектральная плотность электрич. светимости (СПЭС). СПЭС назыв. физич. величина, численно равная энергии тепл. излучения, испускаемой с 1 м2 нагретого тела в 1 сек., отнесённой к длинному интервалу длин волн и вблизи данной длины волны. ; ; Rl,T¹Rn,T;

Rl,T и RT связь друг с дргом:

Þ .

 

Закон Кирхгофа

Отношение спектральной излучательной способности тела к его спектральной поглощательной способности не зависит от свойств материала, одинаково для всех тел и представляет собой универсальную функцию от длины волны и температуры:

 

Задание 2-3.

Законы излучения абсолютно черного тела: закон Стефана-Больцмана, закон смещения Вина. Формула Рэлея-Джинса, ультрафиолетовая катастрофа. Формула Планка.

Особую роль в теории теплового излучения играет такая идеализированная модель тела, как абсолютно черное тело (а.ч.т.), которое полностью поглощает все падающее на него излучение любых длин волн: для него al,Т º 1. Близкой к единице поглощательной способностью обладает сажа, черный бархат. Технической моделью а.ч.т. является малое отверстие в полости с поглощающими стенками. Луч, вошедший в это отверстие, многократно отражаясь от стенок и поглощаясь ими, практически уже не выйдет из него, то есть полностью поглотится.

Закон Стефана-Больцмана:

С повышением температуры тела его энергия возрастает пропорционально четвёртой степени температуры.

Закон смещения Вина даёт возможность установить характер изменения распределения энергии в спектре чёрного тела с повышением T.

b=2,9·103 [м·K] - постоянная Вина;

l - длина волны, на которую приходится максимум СПЭС.

З-н смещения Вина: С повышением температуры нагретого тела длина волны соответствует максимальному смещению влево (в область коротких длин волн).

Следствие - с нагреванием изменяется цвет.

 

 

Модуль Релея-Джинса. Ультрофиалетовая катастрофа.

Релей-Джинс предложили что все атомы явл. гармоническими осциляторами, посылающими тепловое излучение. Основываясь на законе о равномерном распределении энергии по стпеням свободы, получили: ; ... (1)

В области больших длин волн теоретическая и опытная кривые совпадают.

В области коротких длин волн наблюдается расхождение Þ т.н. ультра-фиолетовая катастрофа.

Опытные данные полностью несоотв. закону Стефана-Больцмана. Применение теории на основании классической физики было безупречно верно. У.ф. катастрофа обозначала крах основных положений классической физики.

Квант. гипотеза Планка. Ф-ла Планка.

Окончательно верную теорию теплового излучения разработал Планк, предложив квантовую гипотезу. Согласно Планку, атомы представляли гарм. осциляторы, но в отличие от Релея-Джинса, дискретной энергии. Величина дискретной порции энергии наз. квантом и равна h.

Þ энергия осцилятора может иметь только ряд разрешённых дискретных значений.

т=0,1,2...

(3) ... - средн. знач. энерг.

... (4)

(5) ... - формула Планка.

Задание 4.

Внешний фотоэлектрический эффект. Основные законы фотоэффекта. Формула Эйнштейна для фотоэффекта

Фотоэлектрическим эффектом или просто фотоэффектом называют совокупность электрических процессов, происходящих в веществе под воздействием света и включающую в себя внешний фотоэффект, внутренний фотоэффект и вентильный фотоэффект.

впервые экспериментально было обнаружено Г. Герцем и детально исследовано А. Г. Столетовым.

1) Внешний ф-э заключается в испускании эл-нов в окруж. пр-во под действием э/м излучения. Внешн. ф/э может проявляться на всех вещ-вах, но наиболее сильно на металлах, имеющих в своём сост. своб. эл-ны. впервые экспериментально было обнаружено Г. Герцем и детально исследовано А. Г. Столетовым.