Справочник по физике для инженеров и студентов - Яворский Б.М.
ISBN 5-488-00330-4
Скачать (прямая ссылка):
Спектральная плотность энергетической яркости излучающего тела с температурой Т:
Ж’
где dB3 — энергия, излучаемая с единицы площади поверхности тела за единицу времени в интервале длин волн от А до А + dA в единичный телесный угол в заданном направлении. Для излучающего тела, подчиняющегося закону Ламберта,
Ь(А, Т) = і Ex>т,
где Ek r — излучательная способность тела. В частности, для черного тела
Т) = і т-
Если X0T ^ , то истинная температура тела связана
с его яркостной температурой (при А = A0) соотношением
1_ _ jn Ij(Xo t)
T Тя he Ь0(Х0 у)
В частности, если исследуемое тело подчиняется закону Ламберта, то
1-1 = ^lnA, г,
T T he л0'г
где A-^ т — поглощательная способность тела. Для всех тел, кроме черного, T > Тя.
V.10.1. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ
725
Глава 10 ДЕЙСТВИЯ СВЕТА
1. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ
1°. Свет имеет двойственную, корпускулярно-волновую природу, с одной стороны, он обладает волновыми свойствами, обусловливающими явления интерференции, дифракции, поляризации, с другой стороны, представляет собой поток частиц — фотонов, обладающих нулевой массой и движущихся со скоростью, равной скорости света в вакууме. Энергия W фотона и его импульс р для соответствующей ему электромагнитной волны с частотой v и длиной волны в вакууме А. равны:
W = Kv=1^-,
А
Р=~
С /I
где h — постоянная Планка.
Фотоны имеют спин, равный h, и подчиняются квантовой статистике Бозе—Эйнштейна. При малых частотах v преобладающую роль играют волновые свойства, при больших v — корпускулярные свойства света.
Фотоны возникают (излучаются) в процессах перехода атомов, молекул, ионов и атомных ядер из возбужденных состояний в состояния с меньшей энергией, а также в результате ускорения и торможения заряженных частиц, при распадах и аннигиляции частиц.
2°. Фотоэлектрическим эффектом (фотоэффектом) называют процесс взаимодействия электромагнитного излучения с веществом, в результате которого энергия фотонов передается электронам вещества. Для конденсированных систем (твердых и жидких тел) различают внешний фотоэффект, при котором поглощение фотонов сопровождается вылетом электронов за пределы тела, и внутренний фотоэффект, при котором электроны, оставаясь в теле, изменяют в нем свое энергетическое состояние. В газах фотоэффект (фотоэлектронная эмиссия, фотоионизация) состоит в ионизации атомов или молекул под действием излучения.
726
V.10. ДЕЙСТВИЯ СВЕТА
3°. Электроны, вылетающие из вещества при внешнем фотоэффекте, называют фотоэлектронами. Если между облучаемым телом (фотокатодом) и некоторым проводником (анодом) создать электрическое поле с разностью потенциалов Д<р, ускоряющее фотоэлектроны, то возникает упорядоченное движение этих электронов, называемое фотоэлектрическим током (фототоком). При некотором значении Д<р > О фототок I достигает насыщения (I = /н), когда все электроны, покидающие облучаемое тело (катод), достигают анода. Для прекращения фототока между анодом и катодом необходимо создать задерживающее поле с разностью потенциалов Acp1, равной
W
д = —----крлакс < 0>
е
где е — элементарный заряд, Wk макс — максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов. Для фотоэффекта, вызываемого видимым светом и ультрафиолетовыми лучами, максимальная начальная скорость фото-
2
электронов Vmzkc «си Wk макс = —, где т — масса электрона.
4°. Из закона сохранения энергии следует уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта, вызываемого монохроматическим светом:
где hv — энергия фотона, А — работа выхода электрона из фотокатода.
В соответствии с законами сохранения энергии и импульса, поглощение фотона свободными электронами невозможно, и фотоэффект возможен только на электронах, связанных в атомах, молекулах и ионах, а также на электронах твердых и жидких тел.
5°. Законы внешнего фотоэффекта
а) Для данного фотокатода максимальная начальная скорость фотоэлектронов зависит от частоты света и не зависит от его интенсивности.
б) При постоянном спектральном составе падающего света число фотоэлектронов, вырываемых светом из
V.10.1. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ
727
фотокатода за единицу времени, и фототок насыщения пропорциональны энергетической освещенности фотокатода.
в) Для каждого вещества фотокатода существует красная граница фотоэффекта (порог фотоэффекта) — ми-A
нимальная частота V0 = — , при которой еще возможен
Ch
внешний фотоэффект. Длина волны X0 = — , соответствующая частоте V0, для большинства металлов находится в ультрафиолетовой части спектра.
Фотоэффект практически безынерционен.
6°. Число фотоэлектронов, приходящееся на один падающий фотон, называют квантовым выходом фотоэффекта. Квантовый выход зависит от свойств вещества и длины волны излучения. Зависимость квантового выхода внешнего фотоэффекта в металлах от энергии фотонов называют спектральной характеристикой фотоэффекта. Максимум квантового выхода соответствует той области частот, в которой наблюдается минимум коэффициента отражения света от металла.