Квантовая природа излучения

реклама
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
Скачать