Теория. Тепловое излучение
![]()
|
1. Тепловое излучение – электромагнитное излучение, испускаемое веществом, возникающее за счет его внутренней энергии. Единственным видом излучения, которое может находиться в равновесии с излучающими телами, является тепловое излучение. Равновесное излучение устанавливается в адиабатически замкнутой системе. Допустим, что равновесие нарушено, и тело излучает больше, чем поглощает. Тогда внутренняя энергия будет убывать, это уменьшит температуру тела, что противоречит адиабатичности системы. Следовательно, и излучение не будет равновесным. Излучательная способность тел ( спектральная плотность энергетической светимости) – энергия, излучаемая телом с единицы площади за единицу времени в единичном интервале длины волны ![]() Поглощательная способность тел – безразмерная величина, показывающая какую долю падающего излучения тело поглощает. ![]() Абсолютно черное тело (АЧТ) – тело, поглощающее все падающее на него излучение при любой температуре при всем диапазоне длин волн. ![]() Серое тело -тело, для которого ![]() Закон Кирхгофа Отношение лучеиспускательной к поглощательной способности не зависит от природы тела, оно является для всех тел одной и той же (универсальной) функцией частоты и температуры. ![]() ![]() Для абсолютно черного тела ![]() ![]() ![]() 2. Энергетическая светимость тела – энергия, излучающаяся телом с единицы площади поверхности за единицу времени во всем диапазоне длин волн. ![]() ![]() ![]() ![]() Закон Стефана-Больцмана Энергетическая светимость любого тела пропорциональна ![]() ![]() ![]() Это справедливо только для абсолютно черного тела. 3. График зависимости излучательной способности АЧТ от длины волны и частоты. Площадь, охватываемая кривой, дает энергетическую светимость абсолютно черного тела при соответствующей температуре. 1) от длины волны ![]() ![]() Максимум излучения (излучательной способности) с увеличением температуры смещается в сторону больших частот. Закон Смещения Вина. Длина волны, соответствующая максимуму излучательной способности, обратно пропорциональна абсолютной температуре : ![]() 4*. Формула Релея- Джинса : ![]() ![]() справедлива только в области малых частот и не согласуется с законом Вина. (Закон о равномерном распределении энергии между степенями свободы системы, находящейся в равновесии (на одну колебательную степень свободы приходится Е= kT)) Ультрафиолетовая катастрофа - невозможность описания спектра излучения твердого тела классическими методами. Было получено две формулы, описывающие излучение абсолютно черного тела: одна для коротковолновой части спектра (формула Вина: ![]() ![]() Формула Планка для теплового излучения : ![]() ![]() ![]() Гипотеза Планка : тела излучают не непрерывно, а порциями, энергию, которая пропорциональна частоте излучений. 5,6. Двойственная природа электромагнитного излучения: Излучение не является ни волной, ни потоком частиц. В разных условиях оно проявляет волновые и корпускулярные свойства. Примеры явлений, в которых проявляются волновые свойства света: дифракция(огибание препятствий волнами), интерференция(увеличение или уменьшение результирующей амплитуды при наложении волн друг на друга) , дисперсия (разложение света) , поляризация (векторы напряженности электрического и магнитного полей ориентируются в плоскости, параллельной плоскости, в которой свет распространяется.) 6. Примеры явлений, в которых проявляются корпускулярные свойства света: фотоэффект(энергия фотонов передаётся электронам вещества), эффект Комптона(рассеивание на свободных электронах) 7.Фотоны. Энергия и импульс фотона и связь между ними . Выразите эти величины через длину волны л, частоту ![]() ![]() Фотон – частица, не обладающая массой покоя. Она может существовать, только двигаясь со скоростью света. Фотон обладает энергией : ![]() ![]() Т. к. ![]() ![]() Тогда ![]() 8. Фотон – частица, не обладающая массой покоя. Она может существовать, только двигаясь со скоростью света. Фотон обладает энергией : ![]() ![]() Энергия фотонов видимой части спектра ( ![]() 9. Внешним фотоэффектом называется испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения. Внешний фотоэффект наблюдается в твердых телах (металлах, полупроводниках, диэлектриках), а также в газах на отдельных атомах и молекулах (фотоионизация). 1.При фиксированной частоте падающего света число фотоэлектронов, вырываемых из катода в единицу времени, пропорционально интенсивности света(сила тока насыщения пропорциональна интенсивности падающего света ). 2.Максимальная начальная скорость (максимальная начальная кинетическая энергия) фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а определяется только его частотой ν (возрастает с частотой) 3.Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т.е. минимальная частота света (зависящая от химической природы вещества и состояния его поверхности), ниже которой фотоэффект невозможен.(для длины волны- выше кот, невозможен) Работа выхода — энергия, которую необходимо сообщить электрону для его «непосредственного» удаления из объёма твёрдого тела. 10.Формула Энштейна для внешнего фотоэффекта : ![]() ![]() ![]() ( ![]() Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта- минимальная частота света (зависящая от химической природы вещества и состояния его поверхности), ниже которой фотоэффект невозможен ![]() 11.Вакуумный фотоэлемент, его вольт-амперная характеристика. Фототок насыщения. Ф ![]() ![]() При отсутствии разности потенциалов между катодом и анодом (U = 0), фототок I отличен от нуля – до анода долетают фотоэлектроны, обладающие достаточно высокими кинетическими энергиями (остальные фотоэлектроны возвращаются на катод, либо попадают на стенки вакуумного баллона). При положительном потенциале анода (U > 0) на фотоэлектроны действует ускоряющее электрическое поле, увеличивающее их кинетическую энергию. При этом фототок I возрастает с ростом напряжения U и достигает максимального значения ![]() ![]() ![]() 12.Задерживающий потенциал ![]() ![]() ![]() При отрицательном потенциале анода (U < 0) на фотоэлектроны действует тормозящее электрическое поле, снижающее их кинетическую энергию и способствующее возвращению электронов обратно на катод. Поскольку начальные скорости электронов различны по величине и направлению, то с ростом абсолютной величины U ток уменьшается постепенно. При достижении абсолютной величины U = ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() 13. Задерживающий потенциал ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Закон сохранения импульса : ![]() Закон сохранения энергии : ![]() ![]() ![]() ![]() 15. Рентгеновское излучение при действии электронов на вещество (обратный фотоэффект). Коротковолновая граница сплошного рентгеновского спектра. ![]() Источник – рентгеновская трубка Сплошной рентгеновский спектр испускается бомбардирующими анод электронами в результате торможения при взаимодействии с атомами вещества анода . Не зависит от вещества анода и определяется только энергией электронов. 1)При возрастании напряжения максимум смещается в сторону коротких волн. 2)Существует коротковолновая граница спектра ![]() Энергия излучаемого фотона максимальна, когда вся кинетическая энергия полностью перешла в энергию этого фотона. 16. Эффект Комптона. Изменение длины волны рентгеновского излучения, его максимальная и минимальная величина. Комптоновская длина волны частицы. Эффект Комптона – упругое рассеивание коротковолнового излучения (рентгеновское и гамма- )на свободных ( или слабо связанных ) электронах вещества, сопровождающихся увеличением длины волны . Фотон, столкнувшись с электроном, передает ему часть энергии и импульса и меняет направление движения . Уменьшение энергии фотона означает увеличение длины волны. ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() 17. Качественное объяснение эффекта Комптона на основе корпускулярных свойств излучения. Законы сохранения энергии и импульса в эффекте Комптона. Векторная диаграмма закона сохранения импульса. ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() 18. Опыты Резерфорда. «Планетарная» модель атома и причина невозможности ее реализации в классической физике. ![]() В опыте обнаружилось, что некоторые α-частицы отклонялись на большие углы, до 180º. Такое отклонение возможно лишь при встрече с положительно заряженной частицей большей массы. А малая вероятность отклонения на большие углы говорила, что эта положительная частица имеет малые размеры, порядка 10–14 м. Электроны, по мнению Резерфорда, движутся вокруг ядра. Однако такая модель была в явном противоречии с классической электродинамикой, т.к. электрон, двигаясь по окружности, т.е. с нормальным ускорением, должен был излучать энергию, следовательно, замедлять скорость и падать на ядро. Таким образом, применение классической электродинамики к ядерной модели атома привело к полному противоречию с экспериментальными фактами. Согласно классической теории, должны иметь место: · непрерывная потеря электроном энергии в виде излучения электромагнитных волн и неустойчивость атома; · существование только непрерывного спектра спектральных линий не должно быть. В действительности оказывается, что: · атом является устойчивой системой; · атом излучает энергию лишь при определенных условиях; · излучение атома имеет линейчатый спектр, связанный со строением и свойствами его электронной оболочки. 19. Постулаты Бора. Выражение для полной энергии электрона в атоме водорода на основе теории Бора. Первый постулат (постулат стационарных состояний): электроны движутся только по определенным (стационарным) орбитам. При этом, даже двигаясь с ускорением, они не излучают энергию. |