22) Тепловое излучение и люминесценция. Энергетическая светимость, испускательная способность, поглощательная способность. Абсолютно черное тело.
Теплово́е излуче́ние — электромагнитное излучение с непрерывным спектром, испускаемое нагретыми телами за счёт их тепловой энергии.
Примером теплового излучения является свет от лампы накаливания.
Люминесценция (от лат. lumen, род. падеж luminis — свет и -escent — суффикс, означающий слабое действие) — нетепловое свечение вещества, происходящее после поглощения им энергии возбуждения.
Энергетическая
светимость (излучательность) поверхности
источника излучения
— физическая величина, равная отношению
потока излучения, испускаемого площадкой
источника излучения, к её площади.
, [Вт/м2]
где
— коэффициент отражения поверхности.
ИСПУСКАТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ - осн. характеристика теплового излучения, испускаемого с поверхности нагретого тела, мерой к-рой является поток энергии излучения, испускаемого за единицу времени с единицы поверхности тела
Поглощательная способность тела (an), поглощаемая телом доля падающего на него монохроматического потока излучения частоты n.
Абсолютно чёрное тело — физическая идеализация, применяемая в термодинамике, тело, поглощающее всё падающее на него электромагнитное излучение во всех диапазонах и ничего не отражающее. Несмотря на название, абсолютно чёрное тело само может испускать электромагнитное излучение любой частоты и визуально иметь цвет. Спектр излучения абсолютно чёрного тела определяется только его температурой.
23) Закон Киргофа, Стефана-Больцмана и Вина. Оптическая пирометрия. Распределение энергии спектре абсолютно черного тела.
Зако́ны Кирхго́фа (или правила Кирхгофа) — соотношения, которые выполняются между токами и напряжениями на участках любой электрической цепи. Правила Кирхгофа позволяют рассчитывать любые электрические цепи постоянного и квазистационарного тока.[1] Имеют особое значение в электротехнике из-за своей универсальности, так как пригодны для решения многих задач теории электрических цепей. Применение правил Кирхгофа к линейной цепи позволяет получить систему линейных уравнений относительно токов, и соответственно, найти значение токов на всех ветвях цепи.
ЗАКОН СТЕФАНА-БОЛЬЦМАНА (закон Стефана), в физике принцип, согласно которому энергия, излучаемая из абсолютно черного тела на определенном участке за определенное количество времени, прямо пропорциональна четвертой степени термодинамической температуры (Т4).
Закон Вина - Определяет длину волны, на которой абсолютно черное тело излучает наибольшее количество энергии, обратно пропорционально его абсолютной температуре. Коэффициент пропорциональности (постоянная закона Вина) равен 0.290 см К.
Пирометрия (от греч. pýr — огонь и... метрия), группа методов измерения температуры. Раньше к пирометрии относили все методы измерения температуры, превышающей предельную для ртутных термометров; с 60-х гг. 20 в. к П. всё чаще относят лишь оптические методы, в частности основанные на применении пирометров, и не включают в неё методы, в которых применяются термометры сопротивления, термоэлектрические термометры с термопарами, и ряд др. методов.
Почти все оптические методы основаны на измерении интенсивности теплового излучения (иногда — поглощения) тел. Интенсивность теплового излучения сильно зависит от температуры Т тел и очень резко убывает с её уменьшением. Поэтому методы П. применяют для измерения относительно высоких температур (например, серийным радиационным пирометром от 200 °С и выше). При Т £ 1000 °С методы П. играют в целом второстепенную роль, но при Т > 1000 °С они становятся главными, а при Т > 3000 °С — практически единственными методами измерения Т.
Т
ак
вот: абсолютно черное тело поглощает
абсолютно все падающее на него
электромагнитное излучение (в том числе
и белый свет) и ничего не отражает. Однако
если абсолютно черное тело нагреть, то
оно начнет излучать. Спектр этого
излучения зависит только от температуры
нагрева тела и не зависит от природы
его материала. Напомним, что спектр —
это распределение энергии излучения
по длинам волн. На рисунке показана
зависимость энергии Е излучения абсолютно
черного тела от длины волны
, излучения и температуры Т.
Рис. 4. Распределение энергии в спектре излучения абсолютно черного тела
Обратите внимание на то, как зависит длина волны, при которой энергия излучения максимальна, от температуры. В результате опытов В. Вин вывел формулу этой зависимости:
*T = k, где k — постоянный коэффициент, называемый постоянной Вина;
Т — температура излучающего тела.
Из этой зависимости, называемой также законом смещения Вина, следует, в частности, что чем выше температура нагретого тела, тем короче волны, на которые приходится максимум энергии излучения.
24.ультрафиолетовая катастрафа.квантовая гипотеза.формула планка..Ультрафиоле́товая катастро́фа — физический термин, описывающий парадокс классической физики, состоящий в том, что полная мощность теплового излучения любого нагретого тела должна быть бесконечной. Название парадокс получил из-за того, что спектральная плотность мощности излучения должна была неограниченно расти по мере сокращения длины волны.
Гипо́теза Пла́нка- заключающаяся в том, что при тепловом излучении энергия испускается и поглощается не непрерывно, а отдельными квантами (порциями). Каждая такая порция-квант имеет энергию , пропорциональной частоте излучения: E=h ν=ћѠ,ћ=h/2π.
Ћ-постоянная Планка равна 1.054 · 10−27 эрг·с.
25.внутреннний внешний и вентильный фотоэффект.Опыт герца.столетова.иоффе..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).
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.
26. Законы фотоэффекта.Уравнение Энштейна.Формулировка 1-го закона фотоэффекта: количество электронов, вырываемых светом с поверхности металла за единицу времени на данной частоте, прямо пропорционально световому потоку, освещающему металл.
Согласно 2-му закону фотоэффекта, максимальная кинетическая энергия вырываемых светом электронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности.
3-ий закон фотоэффекта: для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, то есть минимальная частота света (или максимальная длина волны λ0), при которой ещё возможен фотоэффект, и если , то фотоэффект уже не происходит.
Теоретическое объяснение этих законов было дано в 1905 году Эйнштейном. Согласно ему, электромагнитное излучение представляет собой поток отдельных квантов (фотонов) с энергией hν каждый, где h — постоянная Планка. При фотоэффекте часть падающего электромагнитного излучения от поверхности металла отражается, а часть проникает внутрь поверхностного слоя металла и там поглощается. Поглотив фотон, электрон получает от него энергию и, совершая работу выхода, покидает металл hν=Aвых+ We: , где We — максимальная кинетическая энергия, которую может иметь электрон при вылете из металла.
27.фотоэлементы и их приминение.фотоэлектронный умножитель. Фотоэлемент — электронный прибор, который преобразует энергию фотонов в электрическую энергию.
Фотоэлементы различаются:
По типу выхода. Большая часть имеет релейный выход, то есть на выходе приёмника стоит реле. Пока сигнал есть, контакты реле замкнуты, при пропадании сигнала или питания приёмника контакты размыкаются. Такие фотоэлементы все взаимозаменяемы и вместо сломанных можно поставить комплект любой фирмы.
По типу корпуса — для врезной или накладной установки.
По типу питания излучателя — проводное или батарейное .
Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) — электровакуумный прибор, в котором поток электронов, излучаемый фотокатодом под действием оптического излучения (фототок), усиливается в умножительной системе в результате вторичной электронной эмиссии; ток в цепи анода (коллектора вторичных электронов) значительно превышает первоначальный фототок (обычно в 105 раз и выше).
Основные параметры ФЭУ
-Световая анодная чувствительность (отношение анодного фототока к вызывающему его световому потоку при номинальных потенциалах электродов), составляет 1—104 А/лм
-Спектральная чувствительность (равная спектральной чувствительности фотокатода, умноженной на коэффициент усиления умножительной системы, лежащий обычно в пределах 10³—108) (до 1011)[1];
-Темновой
ток (ток в анодной цепи в отсутствие
светового потока), как правило, не
превышает 10−9—10−10 А.
28.Икопоскоп. Иконоскоп — первая электронная передающая телевизионная трубка. В основе работы иконоскопа лежат явление внешнего фотоэффекта и накопление зарядов. Иконоскоп был прибором, который впервые позволил реализовать чисто электронное телевидение, без механических развёртывающих элементов. Он позволил в сотни раз (с 30х40 до 300х400, а позднее и 1000х1000 элементов) увеличить количество элементов в телевизионном изображении.
Недостатки иконоскопа
-Низкая чувствительность — из-за использования внешнего фотоэффекта и попадания части светового потока между элементами мишени на нечувствительные участки для телесъёмки требовалась освещённость около 10000 люкс.
-Трапецеидальные искажения — из-за того, что ось электронно-лучевой трубки не совпадала с оптической осью, расстояние от центра отклонения до верхнего и нижнего краёв мишени не совпадало, и приходилось корректировать отклоняющие токи для получения неискажённого изображения
-Эффект «чёрного пятна» — не все выбитые электроны долетали до второго анода электронно-лучевой пушки, часть оседала в середине мишени, снижая её эффективность.