zÁŘenÍ ČernÉho tĚlesa
DESCRIPTION
záření černého tělesa - animace. ZÁŘENÍ ČERNÉHO TĚLESA. tepelné záření. Elektromagnetické záření vydávají všechna tělesa. Chladná vyzařují infračervené záření okem neviditelné, tělesa zahřátá nad 500 °C září viditelně. V absolutně černém tělese je v rovnováze vyzařování a pohlcování záření. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
ZÁŘENÍ ČERNÉHO TĚLESA
záření černého tělesa - animace
tepelné záření
Elektromagnetické záření vydávají všechna tělesa.Chladná vyzařují infračervené záření okem neviditelné,tělesa zahřátá nad 500 °C září viditelně.
V absolutně černém tělese je v rovnováze vyzařování a pohlcování záření
Pozorujeme-li rozžhavené absolutně černé těleso,jeví se nejprve jako černé, červené, se vzrůstající teplotou jako oranžové, žluté a bílé.
Stefanův-Boltzmannův zákon
Energie vyzařovaná absolutně černým tělesem rosteúměrně čtvrté mocnině termodynamické teploty.
Spektrální hustota vyzařování
Pro konstantní T
Hλ = f (λ , T)
Wilhelm Wien
Wienův posunovací zákon
b =2,9.10-3m.K
Pokus o výklad experimentálně naměřených hodnot
1896 – Wienův zákon – platí v krátkovlnné oblasti a pro nízké teploty
1900 – Rayleigh, Jeans – odvodili zákon, který platí v dlouhovlnné oblasti a pro vysoké teploty
Lord Rayleigh
Max Planck – otec kvantové fyziky
14.12.1900 - svou kvantovou hypotézou vyslovil předpoklad, že záření vydávané a pohlcované jednotlivými atomy zahřátého tělesa nemůže mít libovolnou energii, ale vždy je vyzařováno nebo pohlcováno v určitých dávkách energie, kterým dal jméno kvanta
Energie kvanta záření závisí na frekvenci záření podle vztahu:
ε = h.f h – Planckova konstanta
h = 6,626.10-34 J.s
Závěr – energie elektromagnetického záření se nevyzařuje, nešíří a nepohlcuje spojitě, ale po kvantech
f – frekvence záření
FOTOELEKTRICKÝ JEV
Fotoelektrický jev Vnější – dochází k emisi elektronů z povrchu kovu
Vnitřní – elektrony se uvolňujív látce ( polovodiči ), zvyšuje se vodivost
Stručný přehled historie fotoelektrického jevu
1888 Hertz objev jevu
1887 → Hallwachs systematické studium jevu;Stoletov ozařují: Zn, Na, K, Rb, …
zjišťují vybíjení/nabíjení izolovaných vodičů, detekují fotoproud
1899 Thomson objev podstaty jevu;uvolňování elektronů z povrchu ozařovaného
vodiče
1902 Lenard experimentální studium kinetické energie fotoelektronů
Heinrich Hertz
Alexandr Stoletov
Wilhelm Hallwachs
Hertzův experiment, který vedl k objevu fotoelektrického jevu.
1905 Einstein výklad jevu na základě předpokladuexistence světelných kvant
1906 Millikan experimentální studium kinetické energie fotoelektronů s cílem vyvrátit Einsteinův výklad
1914 – 16 Millikan experimentální potvrzení Einsteinova předpokladu
Přestože Hallwachs a Stoletov – nezávisle na sobě – detailně prozkoumalizákladní vlastnosti fotoelektrického jevu, nikdo z nich sejej nepokusil fyzikálně vyložit. Rozhodující krok k nalezení jehopodstaty učinil roku 1899 Joseph John Thomson (1856–1940), kterýexperimentálně identifikoval v nositelích záporného náboje unikajícíchz ozařovaného kovového vzorku elektrony, které sám – o dvaroky dříve – objevil.Základní komentář fyzikální interpretace fotoelektrického jevu seopírá o jednoduchou představu skokové změny potenciální energieelektronu na rozhraní mezi kovem a vnějším prostředím.
Joseph John Thomson
Pokusy s vyčerpanými trubicemi – experimentální uspořádání
Schéma Lenardova experimentálního uspořádáníPhilipp Lenard
Snaha o klasický výklad
Pro každý kov existuje 1) mezní frekvence f0 , při níž dochází k fotoemisi. Je-li f < f0 , k fotoelektrickému jevu nedochází.
Je-li f>f0 emise elektronů nastane okamžitě i při malé intenzitě záření
Zákonitosti
2) Nastane-li fotoelektrický jev, pak elektrický proud (počet emitovaných elektronů) je přímo úměrný intenzitě dopadajícího záření.
3) Kinetická energie ( rychlost ) emitovaných elektronů je přímo úměrná frekvenci dopadajícího záření, závisí na materiálu katody a nezávisí na intenzitě dopadajícího záření.
1905 – Albert Einstein – výklad fotoelektrického jevu
Při fotoelektrickém jevu každé kvantum záření předá svou energii právě jednomu elektronu, který ji využije k uvolněníz kovu (výstupní práce WO) a na zvýšení své kinetické energie Ek
c
hhfE Energie kvanta záření - fotonu
Fotoelektrický jev prokázal, že světelná kvanta mají energii, jejíž velikost závisí na frekvenci záření.
Mají fotony hmotnost ?
Mají fotony hybnost ?
Odpověď na tyto otázky dá částečně teorie relativity a hlavně Comptonův jev.
c
hhfE
c
h
c
hf
c
Em
22
h
mcp
COMPTONŮV JEV
Rozptyl fotonů na elektronech
Arthur Holly COMPTON
V roce 1922 prováděl pokusy s rozptylem rentgenového záření na elektronech.( Rentgenové záření nechal procházet přes
uhlíkovou destičku ).
(1892 – 1962)
ANIMACE
Animace Comptonova rozptylu
Detektor zachytil elmg. záření původní vlnové délky, ale i větší!!!Velikost závisí jen na pozorovacím úhlu , ne na materiálu a původní vlnové délce .
Experimentální výsledky
Šikovnější studenti si jistě snadno propočtou následující řešení.
Závěr :
- Comptonův jev prokazuje, že fotony mají nejen energii, ale také hybnost.
- u Comptonova jevu foton předá část své energie, ale existuje dál (rozptýlený foton má menší frekvenci – větší vlnovou délku), kdežto při fotoelektrickém jevu zanikne
- bez použití zákona o zachování hybnosti by nebylo možné jev vysvětlit.- rozptyl je pozorován u RTG záření a ne u světla. Proč? RTG záření má malou vlnovou délku a její změna Δλ je
srovnatelná s vlnovou délkou.
- Světlo má velkou vlnovou délku a její změna Δλ je nepozorovatelná.