вопросы физика. Основные характеристики теплового излучения

• Название: Основные характеристики теплового излучения
• Дата: 24.02.2023
• Размер: 2.41 Mb.
• Имя файла: вопросы физика.docx
• Тип: Документы; #952899
• страница: 2 из 3

Первый закон излучения Вина:

В 1893 году Вильгельм Вин, воспользовавшись, помимо классической термодинамики, электромагнитной теорией света, вывел следующую формулу:



где u_ν — плотность энергии излучения,

ν — частота излучения,

T — температура излучающего тела,

f — функция, зависящая только от отношения частоты к температуре. Вид этой функции невозможно установить, исходя только из термодинамических соображений.

Второй закон излучения Вина:

В 1896 году Вин на основе дополнительных предположений вывел второй закон:



где C₁, C₂ — константы. Опыт показывает, что вторая формула Вина справедлива лишь в пределе высоких частот (малых длин волн).

Закон Рэлея — Джинса:

Попытка описать излучение абсолютно чёрного тела исходя из классических принципов термодинамики и электродинамики приводит к закону Рэлея — Джинса:



Эта формула предполагает квадратичное возрастание спектральной плотности излучения в зависимости от его частоты.

Закон Планка:

Интенсивность излучения абсолютно чёрного тела в зависимости от температуры и частоты определяется законом Планка



где R (v, T) — мощность излучения на единицу площади излучающей поверхности в единичном интервале частот (размерность в СИ: Дж·с⁻¹·м⁻²·Гц⁻¹).

Закон Стефана — Больцмана:

Общая энергия теплового излучения определяется законом Стефана — Больцмана, который гласит:

Мощность излучения абсолютно чёрного тела (интегральная мощность по всему спектру), приходящаяся на единицу площади поверхности, прямо пропорциональна четвёртой степени температуры тела:



Таким образом, абсолютно чёрное тело при {\displaystyle T}T = 100 K излучает 5,67 ватт с квадратного метра своей поверхности.


7. Формула Рэлея—Джинса


8. Распределение Планка




9. Фотоэффект


Фотоэффектом называется испускание электронов с поверхности металла под действием света.

В1888 г. Г. Герц обнаружил, что при облучении ультрафиолетовыми лучами электродов, находящихся под высоким напряжением, разряд возникает при большем расстоянии между электродами, чем без облучения.

Фотоэффект можно наблюдать в следующих случаях:

1.Цинковую пластину, соединенную с электроскопом, заряжают отрицательно и облучают ультрафиолетовым светом. Она быстро разряжается. Если же ее зарядить положительно, го заряд пластины не изменится.

2. Ультрафиолетовые лучи, проходящие через сетчатый положительный электрод, попадаютна отрицательно заряженную цинковую пластину и выбивают из нее электроны,которые устремляются к сетке, создавая фототок, регистрируемый чувствительным гальванометром.

10. Законы фотоэффекта

Законы фотоэффекта

Количественные закономерности фотоэффекта (1888–1889) были установлены А. Г. Столетовым. Он использовал вакуумный стеклянный баллон с двумя электродами.

Пе рвый закон

Исследуя зависимость силы тока в баллоне от напряжения между электродами при постоянном световом потоке на один из них, он установил первый закон фотоэффекта.

Фототок насыщения пропор­ционален световому потоку, падающему на металл: I=ν∙Φ, гдеν– коэффициент пропорциональ­ности, называемый фоточувствительностью вещества.

Следовательно, число электронов, выбиваемых за 1 с из вещества, пропорционально интенсивности света, падающего на это вещество.

Второй закон

Изменяя условия освещения на этой же установке, А. Г. Столетов открыл второй закон фотоэффекта: кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а зависит от его частоты.

Ес ли к освещенному электроду подключить положительный полюс батареи, то при некотором напряжении фототок прекратится. Это явление не зависит от величины светового потока.

Используя закон сохранения энергии  , гдеe– заряд;m – масса электрона;v– скорость электрона;U_з– запирающее напряжение, устанавливают, что если частоту лучей, которыми облучают электрод, увеличить, тоU_з2>U_з1, поэтомуE_к2>E_к1. Следовательно,ν₂> ν₁.

Та ким образом,кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой света.

Третий закон

Заменяя в приборе материал фотокатода, Столетов установил третий закон фотоэффекта: для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т.е. существует наименьшая частота ν_min, при которой еще возможен фотоэффект. Приν <ν_minни при какой интенсивности волны падающего света на фотокатод фотоэффект не произойдет.

Четвертый закон

Фотоэффект практически безынерционен (t = 10⁻⁹с).


11. Тормозное рентгеновское излучение

Рентгеновским излучением называют электромагнитные волны длиной = 80 до 10^-5нм

Возникновение тормозного рентгеновского излучения обусловлено торможением электронов электростатическим полем ядер и электронов вещества анода. Дело в том, что изменение скорости электрона при торможении приводит к появлению у него ускорения, а всякий ускоренно движущийся электрический заряд становится источником электромагнитной волны. Длина волны зависит от величины ускорения. Условия, реализуемые при торможении электрона в R-трубке, таковы, что возникает излучение рентгеновского диапазона.

Спектр тормозного рентгеновского излученияпредставляет собой зависимость спектральной плотности потока рентгеновского излучения Φ_l[*] от длины волны и является сплошным. Причина этого в следующем. При торможении электронов у каждого из них часть энергии идет на нагрев анода (Е₁ = Q), часть - на создание кванта (фотона) рентгеновского излучения (Е₂ = hv), иначе,

eU = hv + Q. (2)


12. Свойства фотонов

Фотон - материальная, электрически нейтральная частица, квант электромагнитного поля (переносчик электромагнитного взаимодействия).

Основные свойства фотона

1. 
   Является частицей электромагнитного поля.
   
2. 
   Движется со скоростью света.
   
3. 
   Существует только в движении.
   
4. 
   Остановить фотон нельзя: он либо движется со скоростью, равной скорости света, либо не существует; следовательно, масса покоя фотона равна нулю.
   

13. Световое давление

Квантовая теория света объясняет световое давление как результат передачи фотонами своего импульса атомам или молекулам вещества. Пусть на поверхность абсолютно черного тела площадью S перпендикулярно к ней ежесекундно падает N фотонов:  . Каждый фотон обладает импульсом  . Полный импульс, получаемый поверхностью тела, равен  . Световое давление: 


14. Эффект Допплера





15. Корпускулярно-волновой дуализм

16. Эффект Комптона

А. Комптон на опыте подтвердил квантовую теорию света. С точки зрения волновой теории  световые волны должны рассеиваться на малых частицах без какого-либо изменения частоты излучения,  что опытом не подтверждается.

При исследовании законов рассеяния рентгеновских лучей А. Комптон установил, что при прохождении рентгеновских лучей через вещество происходит увеличение длины волны рассеянного излучения по сравнению с длиной волны  падающего излучения. Чем больше угол рассеяния, тем больше потери энергии, а следовательно, и уменьшение частоты (увеличение длины волны). Если считать, что пучок рентгеновских лучей состоит из фотонов, которые летят со скоростью света, то результаты опытов А. Комптона можно объяснить следующим образом.

Законы сохранения энергии и импульса для системы фотон - электрон: 

где m₀c² - энергия неподвижного электрона; hv - энергия фотона до столкновения; hv'-энергия фотона после столкноВЕНИЯ, P и p' - импульсы фотона до и после столкновения; mv- импульс электрона после столкновения с фотоном.

Решение системы уравнений для энергии и импульса с учетом того, что   дает формулу для измерения длины волны при рассеянии фотона на (неподвижных) электронах:

 где  - так называемая комптоновская длина волны.


17. Спектр атома водорода