43. Распределение энергии в спектре излучения абсолютно черного тела. Законы Кирхгофа, Стефана-Больцмана, Вина

43. Распределение энергии в спектре излучения абсолютно черного тела. Законы Кирхгофа, Стефана-Больцмана, Вина

 

 

1. Между спектральной плотностью энергетической светимости и поглощательной способностью любого тела имеется связь, которая выража­ется законом Кирхгофа :

.                                                    (8)

Отношение спектральной плотности энергетической светимости любого тела к его поглощательной способности при дан­ной длине волны и температуре является величиной постоянной для всех тел и равной спектральной плотности энергетической светимо­сти абсолютно черного тела rl, T  при той же температуре и дли­не волны.

Здесь  r_{l, T}  - универсальная функция Кирхгофа, при А_{l, Т} = 1 , т. е. универсальная фун­к­ция Кирхгофа есть не что иное, как спектральная плотность энер­ге­ти­ческой светимости абсолютно чер­но­го тела.

Следствия закона Кирхгофа:

1. Так как А_{l, Т} < 1, то : энергия излучения любо­го тела всегда меньше энергии излу­че­ния абсолютно черного тела;

2. Если тело не поглощает энер­гию в некотором диапазоне длин волн (А_{l, Т} = 0), то оно и не из­лучает ее в этом диапазоне ( ).

 

2. Закон Стефана-Больцмана

  установлен  Д. Стефаном (1879 г. ) из анализа экспериментальных данных, а за­тем Л. Больцманом (1884 г. ) - теоретическим путем.

 

 ,                                         (9)

 

s = 5, 67× 10^-8 Вт/(м^2× К⁴) - постоянная Стефана-Больцмана,

т. е. энергетическая светимость абсолютно черного тела пропорциональна его абсолютной температуре в четвертой степени.

 

 

3. Закон смещения Вина установлен немецким физиком В. Вином (1893 г. )

 

                  ,   b = 2, 9× 10^-3 м× K - постоянная Вина.           (10)

 

Длина волны, на которую приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости абсо­лютно черного тела, обратно пропорциональна абсолютной темпера­туре этого тела, т. е. с увеличением температуры максимальное выделение энергии смещается в коротковолновый диапазон.

 

 

Квантовая гипотеза М. Планка (1900 г. )

Атомные осцилляторы излучают энергию не непрерывно, а определенными порциями – квантами, причем энергия кванта пропорциональна частоте колебаний.

 , h – постоянная Планка,   h = 6, 626·10^–34 Дж·с     (12)

 

Тепловые источники света

 

Свечение раскаленных тел используется для создания источников света. Первые лампы накаливания и дуговые лампы были изобретены русскими учеными А. Н. Лодыгиным в 1873 г. и П. Н. Яблочковым в 1876 г.

Температура в лампах накаливания с вольфрамовой нитью не должна превышать 2450 К из-за распыления вольфрама. При этой температуре l_max »1 мкм, т. е. далека от максимума чувствительности глаза (»0, 55 мкм).

Применение в баллоне инертных газов (криптон, ксенон с добавлением азота) и пониженного давления (»0, 5 ат) поднимает температуру до 3000 К, однако она далека от температуры Солнца (»6500 К), поэтому лампы накаливания некомфортны для глаза.

Для уменьшения тепловых потерь вольфрамовую нить выполняют в виде спирали, однако КПД ламп накаливания не превышает 5%.

 

   

44. Фотоэффект. Законы фотоэффекта

Различают три вида фотоэффекта: внешний, внутренний, вентильный.

Внешним фотоэффектом назы­ва­ет­­ся испускание электронов вещес­твом под действием электромаг­нит­но­го излучения.

Внутренний фотоэффект - это выз­ван­ные электромагнитным излучением пе­ре­ходы электронов внутри полу­проводника или диэлектрика из связанных состояний в сво­бодные без вылета наружу. В ре­зуль­тате увеличивается концентрация элек­тро­нов, что приводит к возникновению фото­про­во­димости - повышению электро­про­вод­ности, возникновению ЭДС при освещении.

Вентильный фотоэффект - это возни­кновение ЭДС при освещении кон­такта полупроводников (полупроводника и металла) при отсутствии внешнего поля. Это путь прямого преобразования солнечной энергии в электрическую.

В 1888-1890 годах А. Г. Столетов провел систематическое иссле­дование внешнего фотоэффекта. Облучая катод светом различных длин волн, Сто­летов установил следующие свойства фотоэффекта:

1) под действием света веще­с­тво теряет толь­ко отрицательные заряды;

2) наиболее эффективное дей­ствие оказы­вают ультрафиолетовые лучи;

3) фотоэффект практически без­ынер­цио­нен, т. е. промежуток времени между моментом освещения и началом разрядки ничтожно мал.

 

Три закона фотоэффекта ( законы Столетова ):

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: