Внешний фотоэффект. Формула Эйнштейна.

Характеристики теплового излучения.

Тепловое излучение – электромагнитное излучение, это наиболее распространённый и общий вид излучения, происходящий за счёт внутренней энергии тел. Примером теплового излучения является свет.

Энергия светимости тел – поток энергии, излучаемый единицей поверхности тела по всем направлениям:

Тело излучает волны различной частоты w (длины волны λ=2πс/w), поток энергий с единицы поверхности, уносимой волнами с частотами, лежащими в интервале (w, w+dw):

; где r_wt – испускательная способность тела, w – частота.

Тела не только испускают волны, а также поглощают их. Пусть на элементарную площадку тела падает поток энергетических волн с частотами (w, w+dw), равный dФ, поглощается из этой энергии d’Ф, поглощательная способность тела: .

Абсолютно чёрное тело – тело, поглощающее абсолютно всё падающее излучение, =1.

Закон Киргофа: отношение испускательной способности к поглощательной не зависит от природы излучения и для всех тел описывается одной и той же функцией – универсальной функцией Киргофа: .

Формула Рэлея-Джинса.

Формула Рэлея-джинса – формула для равновестной плотности излучения: . Формула удоволетворяет условию Вина, для малых частот совпадает с эксперементальной кривой. Эксперементальная кривая может быть получена при изучении излучения из замкнутой полости через небольшое отверстие (модель АЧТ). При небольших значениях w, формула РД приводит к росту U(w,T), что не соответствует эксперементу, это несоответствие носит название ультрафиолетовая катастрофа.

Формулу для U, совпадающая с эксперементальной кривой получил Планк. .

Планк предположил, что электро-магнитное излучение испускается телами в виде отдельных порций – квантов. Минимальная величина пропорциональна частоте: E = ℏw=h .

Формула Планка

Формула Планка — выражение для спектральной плотности мощности излучения (спектральной плотности энергетической светимости) абсолютно чёрного тела, которое было получено Максом Планком для плотности энергии излучения :

Формула Планка («форма» зависимости от частоты и температуры) первоначально была «выведена» эмпирически. Формула Планка была получена после того, как стало ясно, что формула Рэлея—Джинса, которая следует из классической теории электромагнитного поля, удовлетворительно описывает излучение только в области длинных волн. С убыванием длин волн формула Рэлея—Джинса сильно расходится с эмпирическими данными. Более того, в пределе она даёт расхождение — бесконечную энергию излучения (ультрафиолетовая катастрофа). В связи с этим Планк в 1900 году сделал предположение, противоречащее классической физике, о том, что электромагнитное излучение испускается в виде отдельных порций энергии (квантов), величина которых связана с частотой излучения выражением:

Коэффициент пропорциональности впоследствии назвали постоянной Планка, = 1,054 · 10⁻²⁷ эрг·с. Это предположение позволило объяснить наблюдаемый спектр излучения теоретически.

Внешний фотоэффект. Формула Эйнштейна.

Внешний фотоэффект – это явление вырывание электронов из вещества под действием света.

Закономерности фотоэффекта:

1. Фототок насыщения прямопропорционален интенсивности падающего света.

2. Максимальная кинетическая энергия вырываемых электронов линейно зависит от частоты падающего света и не зависит от интенсивности света. . Эта особенность фотоэффекта противоречит волновой теории света, так как должна зависеть от интенсивности.

3. Для каждого вещества существует частота, с которой начинается фотоэффект, это красная граница - . Эйнштейн объяснил особенности фотоэффекта, предположив, что свет излучается и поглощается порциями (квантами), .

Формула Эйнштейна: энергия электрона, поглотившего квант света, не испытавшего случайных соударений в веществе, идёт на работу выхода и кинетическую энергию: E = ℏw = h , при этом

Предположение о корпускулярной природе света полностью объясняет фотоэффект.