Квантовая природа излучения
advertisement
Квантовая природа излучения Тепловое излучение • Тела, нагретые до достаточно высоких температур, светятся. Свечение тел тепловое излучение • Совершается за счёт энергии теплового движения атомов и молекул • Свойственно телам при температуре выше 0К • Имеет сплошной спектр частот (мах зависит от температуры) 2 Шкала электромагнитных волн 3 Характеристики теплового излучения • Излучательность тела – мощность излучения с единицы площади поверхности тела в интервале частот единичной ширины Энергия электромагнитного излучения, испускаемого за единицу времени с единицы площади поверхности тела в интервале частот от до 4 • Способность тел поглощать падающее на них излучение. Поглощательная способность • Какая доля энергии, приносимой за единицу времени на единицу площади поверхности тела падающими на неё электромагнитными волнами с частотами от до , поглощается телом 5 Абсолютно чёрное тело • Тело, способное поглощать полностью при любой температуре всё падающее на него излучение любой частоты • Идеальная модель: 6 Закон Кирхгоффа Функция зависимости частоты (или длины волны) от температуры 7 Закон Стефана - Больцмана • Зависимость излучательности от температуры • Излучательность абсолютно чёрного тела пропорциональна четвёртой степени его температуры • Распределение энергии в спектре абсолютно чёрного тела неравномерно 8 Спектральная плотность излучательности абсолютно чёрного тела Площадь под кривой и есть излучательность абсолютно чёрного тела 9 Закон смещения Вина • Длина волны, соответствующая максимальному значению спектральной плотности излучательности абсолютно чёрного тела, обратно пропорциональна его температуре • Постоянная Вина • Смещение Вина – показывает смещение максимума в сторону коротких длин волн 10 Формула Планка • Постоянная Планка 11 Тепловые источники света • Свечение раскалённых тел используется для создания источников света, например ламп накаливания • Вольфрам обладает селективностью теплового излучения, высокой температурой плавления. Использование: нити ламп • Температура нити мах 2450 К (>>> то распыление вольфрама). Это min спекральный состав излучения. Глаз не ощущает. 12 • Идеальной поверхностью теплоприемника будет та которая полностью поглощает коротковолновое солнечное излучение т.е. не его не отражает и совершенно не излучает длинноволновое излучение т.е. полностью его отражает. Такая идеальная поверхность называется селективной поверхностью. 13 • Для увеличения температуры добавляют инертные газы (криптон, ксенон). До 3000 К • Светоотдача в таком случае маленькая, т.к теплообмен газа и вольфрама (потеря энергии) • Уменьшение теплообмена: нить в виде спирали (отдельные витки друг друга обогревают) 14 Виды фотоэлектрического эффекта Внешний фотоэффект • Испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения • Наблюдается: металлы, полупроводники, диэлектрики и газы 16 Внешний фотоэффект • Испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения • Наблюдается: металлы, полупроводники, диэлектрики и газы 17 Вольт-амперная характеристика фотоэффекта 18 Применение фотоэффекта • Действие фотоэлектронных приборов • Фотоэлементы: приёмники излучения, работающие на основе фотоэффекта и преобразующие энергию излучения в электрическую • Пример фотоэлемента: ваакумный фотоэлемент. (Люксметр – прибор для измерения освещённости) 19 Внутренний фотоэффект • Вызванные электромагнитным излучением переходы электронов внутри полупроводника или диэлектрика из связанных состояний в свободные без вылета наружу • Возникает фотопроводность. Повышение электропроводности вещества при его освещении 20 Фоторезистор • Фотоэлемент с внутренним фотоэффектом: фоторезистор. Обладает большей чувствительностью, чем ваакумные • Используют полупроводниковые материалы • Изменяет величину своего сопротивления от облучения светом 21 Вентильный фотоэффект • Возникновение фото-ЭДС при освещении контакта двух разных полупроводников или металла и полупроводника (при отсутствии внешнего электрического поля) • Прямое преобразование солнечной энергии в электрическую 22 Вентильные фотоэлементы • Фотоэлемент с запирающим слоем • Используются для создания солнечных батарей, которые преобразуют световую энергию в электрическую • Виды фотоэффекта используются в производстве для контроля, управления и автоматизации различных процессов, в системах связи итд 23 Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта • Свет с частотой не только испускается, но и распространяется в пространстве и поглощается веществом отдельными порциями (квантами), энергия которых • Квант электромагнитного излучения: фотон 24 • Энергия падающего фотона расходуется на совершение электроном работы выхода А из металла и на сообщение вылетевшему фотоэлектрону кинетической энергии • Красная граница фотоэффекта 25
