Три закона внешнего фотоэффекта.

Теория теплового излучения. Абсолютно чёрное тело. Формула Рэлея – Джинса. Формула Планка. Законы Вина, Стефана – Больцмана.

Теория теплового излучения основывается на понятии абсолютно чёрного тела.

Абсолютно чёрным телом называют тело, которое поглощает всю падающую на неё энергию. Модельно Абсолютно чёрное тело может быть тело с некоторой полостью внутри и узким входным отверстием.

 

 

Закон Кирхгофа

У абсолютно чёрного тела поглощательная способность равна 1. Кроме поглощательной способности тела, существует и излучательная способность тела. Излучательная способность в научных терминах звучит как: спектральная плотность энергетической светимости. Основной задачей теории теплового излучения является определение этой спектральной плотности энергетической светимости (СПЭС). Исторически первыми СПЭС нашли Рэлей и Джинс. Согласно их теории:

 

 

 

Основная формула квантовой теории излучения: Формула Планка

 

Из формулы Планка получаем:

 

 

Законы Вина

 

 

 

 

Закон Стефана-Больцмана

 

Законы фотоэффекта.

 

Внешним фотоэлектрическим эффектом (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). Фотоэффект обнаружен (1887 г.) Г. Герцем, наблюдавшим усиление процесса разряда при облучении искрового промежутка уль­трафиолетовым излучением.

Внутренний фотоэффект — это вызванные электромагнитным излучением переходы электронов внутри полупроводника или диэлектрика из связанных состояний в свобод­ные без вылета наружу. В результате концентрация носителей тока внутри тела увеличивается, что приводит к возникновению фотопроводимости (повышению электропроводности полупроводника или диэлектрика при его освещении) или к возникнове­нию э.д.с.

Вентильный фотоэффект, являющийся разновидностью внутреннего фотоэффек­та, — возникновение э.д.с. (фото-э.д.с.) при освещении контакта двух разных полупро­водников или полупроводника и металла (при отсутствии внешнего электрического поля). Вентильный фотоэффект открывает, таким образом, пути для прямого преоб­разования солнечной энергии в электрическую.

Вольт-ампер­ная характеристика фотоэффекта — зависимость фототока I, образуемого потоком электронов, испускаемых катодом под действием света, от напряжения U между электродами. Такая зависимость, соответствующая двум различным освещенностям Е, катода (частота света в обоих случаях одинакова), приведена на рис. 290. По мере увеличения U фототок постепенно возрастает, т. е. все большее число фотоэлектронов достигает анода. Пологий характер кривых показывает, что электроны вылетают из катода с различными скоростями. Максимальное значение тока I _нас — фототок насы­щения — определяется таким значением U, при котором все электроны, испускаемые катодом, достигают анода:

где n — число электронов, испускаемых катодом в 1 с.

 

Три закона внешнего фотоэффекта.

I. Закон Столетова: при фиксированной частоте падающего света число фотоэлект­ронов, вырываемых из катода в единицу времени, пропорционально интенсивности света (сила фототока насыщения пропорциональна энергетической освещенности Ее ка­тода).

II. Максимальная начальная скорость (максимальная начальная кинетическая энер­гия) фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а определяется только его частотой n.

III. Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т. е. мини­мальная частота n ₀ света (зависящая от химической природы вещества и состояния его поверхности), ниже которой фотоэффект невозможен.