záření černého tělesa - animace

Prezentace na téma: "záření černého tělesa - animace"— Transkript prezentace:

1 záření černého tělesa - animace
tepelné záření záření černého tělesa - animace

2

3 V absolutně černém tělese je v rovnováze
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.

4 Stefanův-Boltzmannův zákon
Energie vyzařovaná absolutně černým tělesem roste úměrně čtvrté mocnině termodynamické teploty.

5 Spektrální hustota vyzařování
Pro konstantní T Hλ = f (λ , T)

6 Wilhelm Wien Wienův posunovací zákon b =2,9.10-3m.K

7 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

8 Max Planck – otec kvantové fyziky
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

9 ε = h.f Energie kvanta záření závisí na frekvenci záření podle vztahu:
h – Planckova konstanta f – frekvence záření h = 6, J.s Závěr – energie elektromagnetického záření se nevyzařuje, nešíří a nepohlcuje spojitě, ale po kvantech

10 FOTOELEKTRICKÝ JEV

11 Fotoelektrický jev Vnější – dochází k emisi elektronů z povrchu kovu Vnitřní – elektrony se uvolňují v látce ( polovodiči ), zvyšuje se vodivost

12 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 Lenard experimentální studium kinetické energie fotoelektronů

13 Heinrich Hertz Wilhelm Hallwachs Alexandr Stoletov

14 Hertzův experiment, který vedl k objevu fotoelektrického jevu.

15 1905 Einstein výklad jevu na základě předpokladu
existence světelných kvant 1906 Millikan experimentální studium kinetické energie fotoelektronů s cílem vyvrátit Einsteinův výklad 1914 – 16 Millikan experimentální potvrzení Einsteinova předpokladu

16 Přestože Hallwachs a Stoletov – nezávisle na sobě – detailně prozkoumali
základní vlastnosti fotoelektrického jevu, nikdo z nich se jej nepokusil fyzikálně vyložit. Rozhodující krok k nalezení jeho podstaty učinil roku 1899 Joseph John Thomson (1856–1940), který experimentálně identifikoval v nositelích záporného náboje unikajících z ozařovaného kovového vzorku elektrony, které sám – o dva roky dříve – objevil. Základní komentář fyzikální interpretace fotoelektrického jevu se opírá o jednoduchou představu skokové změny potenciální energie elektronu na rozhraní mezi kovem a vnějším prostředím.

17 Joseph John Thomson

18 Pokusy s vyčerpanými trubicemi – experimentální uspořádání

19 Philipp Lenard Schéma Lenardova experimentálního uspořádání

20

21 Snaha o klasický výklad

22 Zákonitosti 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 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.

23 1905 – Albert Einstein – výklad fotoelektrického jevu
Při fotoelektrickém jevu každé kvantum záření předá svou energii právě jednomu elektronu, který ji využije k uvolnění z kovu (výstupní práce WO) a na zvýšení své kinetické energie Ek Energie kvanta záření - fotonu

24

25

26 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.

27 Rozptyl fotonů na elektronech
COMPTONŮV JEV Rozptyl fotonů na elektronech V roce 1922 prováděl pokusy s rozptylem rentgenového záření na elektronech. ( Rentgenové záření nechal procházet přes uhlíkovou destičku ). Arthur Holly COMPTON (1892 – 1962)

28 Animace Comptonova rozptylu

29 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

30

31

32

33 Šikovnější studenti si jistě snadno propočtou následující řešení.

34

35 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.