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
![Page 1: ZÁŘENÍ ČERNÉHO TĚLESA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062315/56815987550346895dc6c7c2/html5/thumbnails/1.jpg)
ZÁŘENÍ ČERNÉHO TĚLESA
záření černého tělesa - animace
tepelné záření
![Page 2: ZÁŘENÍ ČERNÉHO TĚLESA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062315/56815987550346895dc6c7c2/html5/thumbnails/2.jpg)
![Page 3: ZÁŘENÍ ČERNÉHO TĚLESA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062315/56815987550346895dc6c7c2/html5/thumbnails/3.jpg)
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.
![Page 4: ZÁŘENÍ ČERNÉHO TĚLESA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062315/56815987550346895dc6c7c2/html5/thumbnails/4.jpg)
Stefanův-Boltzmannův zákon
Energie vyzařovaná absolutně černým tělesem rosteúměrně čtvrté mocnině termodynamické teploty.
![Page 5: ZÁŘENÍ ČERNÉHO TĚLESA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062315/56815987550346895dc6c7c2/html5/thumbnails/5.jpg)
Spektrální hustota vyzařování
Pro konstantní T
Hλ = f (λ , T)
![Page 6: ZÁŘENÍ ČERNÉHO TĚLESA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062315/56815987550346895dc6c7c2/html5/thumbnails/6.jpg)
Wilhelm Wien
Wienův posunovací zákon
b =2,9.10-3m.K
![Page 7: ZÁŘENÍ ČERNÉHO TĚLESA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062315/56815987550346895dc6c7c2/html5/thumbnails/7.jpg)
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
![Page 8: ZÁŘENÍ ČERNÉHO TĚLESA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062315/56815987550346895dc6c7c2/html5/thumbnails/8.jpg)
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
![Page 9: ZÁŘENÍ ČERNÉHO TĚLESA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062315/56815987550346895dc6c7c2/html5/thumbnails/9.jpg)
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
![Page 10: ZÁŘENÍ ČERNÉHO TĚLESA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062315/56815987550346895dc6c7c2/html5/thumbnails/10.jpg)
FOTOELEKTRICKÝ JEV
![Page 11: ZÁŘENÍ ČERNÉHO TĚLESA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062315/56815987550346895dc6c7c2/html5/thumbnails/11.jpg)
Fotoelektrický jev Vnější – dochází k emisi elektronů z povrchu kovu
Vnitřní – elektrony se uvolňujív látce ( polovodiči ), zvyšuje se vodivost
![Page 12: ZÁŘENÍ ČERNÉHO TĚLESA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062315/56815987550346895dc6c7c2/html5/thumbnails/12.jpg)
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
![Page 13: ZÁŘENÍ ČERNÉHO TĚLESA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062315/56815987550346895dc6c7c2/html5/thumbnails/13.jpg)
Heinrich Hertz
Alexandr Stoletov
Wilhelm Hallwachs
![Page 14: ZÁŘENÍ ČERNÉHO TĚLESA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062315/56815987550346895dc6c7c2/html5/thumbnails/14.jpg)
Hertzův experiment, který vedl k objevu fotoelektrického jevu.
![Page 15: ZÁŘENÍ ČERNÉHO TĚLESA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062315/56815987550346895dc6c7c2/html5/thumbnails/15.jpg)
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
![Page 16: ZÁŘENÍ ČERNÉHO TĚLESA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062315/56815987550346895dc6c7c2/html5/thumbnails/16.jpg)
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.
![Page 17: ZÁŘENÍ ČERNÉHO TĚLESA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062315/56815987550346895dc6c7c2/html5/thumbnails/17.jpg)
Joseph John Thomson
![Page 18: ZÁŘENÍ ČERNÉHO TĚLESA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062315/56815987550346895dc6c7c2/html5/thumbnails/18.jpg)
Pokusy s vyčerpanými trubicemi – experimentální uspořádání
![Page 19: ZÁŘENÍ ČERNÉHO TĚLESA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062315/56815987550346895dc6c7c2/html5/thumbnails/19.jpg)
Schéma Lenardova experimentálního uspořádáníPhilipp Lenard
![Page 20: ZÁŘENÍ ČERNÉHO TĚLESA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062315/56815987550346895dc6c7c2/html5/thumbnails/20.jpg)
![Page 21: ZÁŘENÍ ČERNÉHO TĚLESA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062315/56815987550346895dc6c7c2/html5/thumbnails/21.jpg)
Snaha o klasický výklad
![Page 22: ZÁŘENÍ ČERNÉHO TĚLESA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062315/56815987550346895dc6c7c2/html5/thumbnails/22.jpg)
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.
![Page 23: ZÁŘENÍ ČERNÉHO TĚLESA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062315/56815987550346895dc6c7c2/html5/thumbnails/23.jpg)
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
![Page 24: ZÁŘENÍ ČERNÉHO TĚLESA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062315/56815987550346895dc6c7c2/html5/thumbnails/24.jpg)
![Page 25: ZÁŘENÍ ČERNÉHO TĚLESA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062315/56815987550346895dc6c7c2/html5/thumbnails/25.jpg)
![Page 26: ZÁŘENÍ ČERNÉHO TĚLESA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062315/56815987550346895dc6c7c2/html5/thumbnails/26.jpg)
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
![Page 27: ZÁŘENÍ ČERNÉHO TĚLESA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062315/56815987550346895dc6c7c2/html5/thumbnails/27.jpg)
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)
![Page 28: ZÁŘENÍ ČERNÉHO TĚLESA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062315/56815987550346895dc6c7c2/html5/thumbnails/28.jpg)
ANIMACE
Animace Comptonova rozptylu
![Page 29: ZÁŘENÍ ČERNÉHO TĚLESA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062315/56815987550346895dc6c7c2/html5/thumbnails/29.jpg)
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
![Page 30: ZÁŘENÍ ČERNÉHO TĚLESA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062315/56815987550346895dc6c7c2/html5/thumbnails/30.jpg)
![Page 31: ZÁŘENÍ ČERNÉHO TĚLESA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062315/56815987550346895dc6c7c2/html5/thumbnails/31.jpg)
![Page 32: ZÁŘENÍ ČERNÉHO TĚLESA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062315/56815987550346895dc6c7c2/html5/thumbnails/32.jpg)
![Page 33: ZÁŘENÍ ČERNÉHO TĚLESA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062315/56815987550346895dc6c7c2/html5/thumbnails/33.jpg)
Šikovnější studenti si jistě snadno propočtou následující řešení.
![Page 34: ZÁŘENÍ ČERNÉHO TĚLESA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062315/56815987550346895dc6c7c2/html5/thumbnails/34.jpg)
![Page 35: ZÁŘENÍ ČERNÉHO TĚLESA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062315/56815987550346895dc6c7c2/html5/thumbnails/35.jpg)
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.