Краткие теоретические сведения и основные формулы. Учебная цель: сформировать понимание физической сущности теплового излучения, фотоэффекта и эффекта Комптона

ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ. ФОТОЭФФЕКТ.

ЭФФЕКТ КОМПТОНА

Учебная цель: сформировать понимание физической сущности теплового излучения, фотоэффекта и эффекта Комптона. Привить навыки самостоятельного решения задач на данную тему.

Литература

 

Основная: Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. - М.: Высшая школа, 1989. - Гл. 35, 36.

Дополнительная: Савельев И.В. Курс общей физики. - М.: Наука, 1989. - Т. 3. - гл. 8, 9.

 

Контрольные вопросы для подготовки к занятию

 

1. Дайте определение теплового излучения.

2. Какие величины характеризуют тепловое излучение?

3. Что называется потоком энергии, энергетической светимостью, спектральной плотностью энергетической светимости (испускательной способностью)?

4. Как связаны между собой энергетическая светимость и спектральная плотность энергетической светимости?

5. Что называется абсолютно черным телом? Какова идеальная модель абсолютно черного тела?

6. Сформулируйте и запишите законы теплового излучения абсолютно черного тела:

- закон Стефана - Больцмана;

- законы Вина;

- закон Планка.

7. Начертите график зависимости спектральной плотности энергетической светимости от длины волны. Покажите на графике энергию, испускаемую в определенном интервале длин волн, и энергию, испускаемую всеми длинами волн в 1 с с единичной площади поверхности излучающего тела.

8. Изложите гипотезу Планка и на ее основе запишите выражения для спектральной плотности излучения (универсальной функции Кирхгофа).

9. Назовите виды фотоэффекта и дайте определение внешнего фотоэффекта.

10. Сформулируйте и поясните законы внешнего фотоэффекта.

11. Изложите гипотезу Эйнштейна и запишите уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта.

12. Что называется эффектом Комптона?

13. Поясните эффект Комптона с позиции квантовой теории света.

14. Напишите и поясните выражение для импульса и кинетической энергии электрона отдачи.

Краткие теоретические сведения и основные формулы

 

Электромагнитное излучение, испускаемое веществом и возникающее за счет его внутренней энергии, называется тепловым, или температурным излучением. Оно зависит только от температуры и оптических свойств излучающего тела.

Тепловое излучение – практически единственный вид излучения, который может быть в равновесии с излучающим телом. При равновесии расход энергии тела на тепловое излучение компенсируется за счет поглощения телом такого же количества энергии падающего на него излучения.

Для количественной оценки процессов испускания и поглощения лучистой энергии вводятся следующие характеристики.

Поток излучения – энергия, излучаемая телом в единицу времени:

 

(28.1)

 

т.е. это полная мощность, переносимая электромагнитным излучением через какую либо поверхность при данной температуре.

Энергетической светимостью (интегральной испускательной способностью) тела называется физическая величина R_э, численно равная энергии электромагнитных волн всевозможных частот (или длин волн) от 0 до ¥, излучаемых за единицу времени с единицы площади поверхности тела:

 

(28.2)

 

Для характеристики распределения энергии по спектру введена спектральная плотность энергетической светимости – энергия, излучаемая телом с единицы площади поверхности тела в единицу времени в единичном интервале длин волн (частот) при данной температуре:

 

(28.3)

 

(28.4)

 

dW_изл – энергия электромагнитного излучения, испускаемого телом при данной температуре в интервале длин волн от l до l + dl (или частот от v до v + dv).