Законы Стефана-Больимана и Вина Квантовая гипотеза Планка. Первый закон Столетова. Формула Планка
Законы Стефана-Больимана и Вина 

Знание явного вида функции позволяет определять спектральную плотность излучения, которая даёт большую информацию об излучающем теле. Опытным путем получены зависимости спектральной плотности излучения от длины волны (частоты) при различных температурах . При этом в качестве абсолютно чёрного тела используется отверстие в дверце муфельной печи и спектрометрические приборы. Площадь под кривой пропорциональна энергетической светимости. Как видно из она возрастает с увеличением температуры. Максимум излучательной способности сдвигается в сторону более коротких длин волн (больших частот). Анализ экспериментальных данных и применение законов термодинамики позволило физикам Й.Стефану н Л.Больцману установить зависимость интегральной энергетической светимости от температуры: Закон Стефана-Больимана. Энергетическая светимость абсолютно чёрного тела пропорциональна четвертой степени его термодинамической температуры постоянная Стефана-Больцмана. Для других тел закон Стефана-Больцмана содержит коэффициент к, меньший единицы, который обычно зависит от частоты Смещение максимума спектральной плотности излучения при изменении температуры подчиняется закону В.Вина. Закон смешения Вина. Длина волны 'ктах, соответствуюшая максимуму спектральной плотности излучения абсолютно чёрного тела, обратно пропорциональна его термодинамической температу ре постоянная Вина. Законы теплозого излучения применяются при проектировании и изготовлении нагревательных и осветительных устройств; приборов ночного видения; приборов для дистанционного измерения температуры, например, в эпицентре ядерного взрыва, в доменной печи: температуры звёзд и др. Квантовая гипотеза Планка. Формула Планка Многочисленные попытки теоретически установить явный вид функции Кирхгофа (излучательной способности абсолютно чёрного тела) не могли дать общего решения, согласующегося с опытом. Причина состояла в том. что использовались незыблемые в то время законы классической физики. Излучающее тело рассматривалось как совокупность гармонических осцилляторов, а излучение в полости как система стоячих волн. Исходя из теоремы классической статистики о разномерном распределении энергии по степеням свободы. Рэлей и Джине предположили, что на каждое электромагнитное колебание приходится в среднем энергия равная постоянная Больцмана) на электрическую составляющую энергии. на магнитную энергию. Для функции Кирхгофа было получено выражение С точки зрения классической функции оно было безупречным, однако соответствовало опыт лишь при малых частотах (при больших длинах волн), а энергетическая светимость получалась бесконечной. В области больших частот опытные данные соответствовали формуле Вина. которая была получена на основе законов термодинамики постоянные величины. В 1990 году. Планку удалось найти внд функции, точно соответствующий опытным данным. Для этого ему пришлось сделать совершенно несвойственное классической физике предположение, а именно допустить, что электромагнитное излучение испускается в виде отдельных порыий энергии (квантов). Существуют осцилляторы с наименьшей энергией , энергия других может быть только кратна . принимает дискретные значения. Применяя законы статистики. М. Планк получил среднее значение энергии осциллятора и выражение для функции Кирхгофа Чтобы полученное выражение соответствовало термодинамическим законам. энергия кванта должна быть пропорциональной частоте постоянная Планка. Окончательное выражение для функции Кирхгофа в точности соответствует экспериментальным данным. Используя определения для интегральной энергетической светимости и понятие экстремума функции, можно легко получить законы Стефана-Больцмана и смешения Вина, вычислить теоретические значения постоянных величин, входящих в эти законы. Фотоэлектрический эффект К числу явлений, в которых обнаруживаются корпускулярные (квантовые) свойства света, относится фотоэлектрический эффект (фотоэффект). Фотоэффект - это освобождение электронов от сил связи с атомом или веществом под действием света. В зависимости от степени освобождения электронов от сил связи различают внешний, внутренний и вентильный фотоэффект. При внешнем фотоэффекте электроны вылетают с поверхности вещества. При внутреннем  освобожденные электроны остаются внутри вещества (полупроводника или диэлектрика), в результате чего увеличивается концентрация носителей зарядов и. следовательно, проводимость. Вентильный фотоэффект наблюдается чаще всего прн освещении контакта полупроводников с различными типами проводимости и проявляется в возникновении фото ЭДС. Все виды фотоэффекта нашли широкое применение в современной технике и технологию. Опытные законы фотоэффекта Закономерности фотоэффекта были выявлены русским ученым А.Г. Столетовым при анализе экспериментальных данных. Практически полную информацию о фотоэффекте дают вольтамперные характеристики, полученные при различных условиях. Схема установки (работы фотоэлемента) приведена. В откачанный стеклянный баллон впаяны электроды: катод, анод. На них подается напряжение от источника через потенциометр. Свет падает на катод через кварцевое стекло, которое пропускает весь спектр, включая ультрафиолетовую часть. Имеется возможность изменять величину- напряжения, знак заряда на электродах, а также измерять ток и напряжение. Изменяя интенсивность падающего света (световой поток) при неизменной частоте, получают серию вольтамперных характеристик. При отсутствии напряжения между электродами наблюдается ток. обусловленный тем, что некоторые электроны. вырванные с поверхности катода светом, имеют достаточную энергию, чтобы достичь анода. Для обращения силы тока в нуль нужно приложить задерживающее напряжение L\ (поменять полярность на катоде и аноде). При таком напряжении электроны не могут преодолеть задержизающее поле, даже при максимальной Здесь масса электрона, его заряд. Другая серия вольтамперных характеристик получалась при постоянном световом потоке (Ф = const), но при различных частотах падающего света, что достигалось путем использования соответствующих светофильтров . При увеличении частоты излучения величина задерживающего потенциала увеличивалась. Обобщая полученные данные. А.Г. Столетов сформулировал три закона внешнего фотоэффекта. Первый закон Столетова. При неизменной частоте падаюшего света ток насыщения прямо пропорционален интенснвностн света (световому потоку) Здесь - чувствительность фотокатода, зависящая от его материала, формы, размеров, чистоты поверхности. Иначе говоря, количество вырванных электронов с поверхности катода, пропорционально световому- потоку, количество электронов. испускаемых за. Второй закон Столетова. Велнчнна задерживающего потенциала пропорциональна частоте падающего света и не зависит от светового потока. Учитывая соотношение , можно сказать, что максимальная начальная скорость фотоэлектронов определяется только частотой падающего света. Третий закон Столетова. Для каждого вещества фотокатода существует минимальная частота (максимальная длина волны), ниже которой фотоэффект не существует. Установленные экспериментально зависимости не укладываются в рамки классических представлений. Первый закон Столетова качественно можно объяснить на основе классических законов. Действительно, чем больше интенсивность света, тем больше амплитуда электрической компоненты электромагнитной волны и больше амплитуда вынужденных колебаний электронов и возможности освобождения от сил связи. Но тогда н кинетическая энергия зырзанных электронов должна зависеть от интенсивности света, что противоречит опыт}-. Несложный расчет показывает, что при таком подходе величина задерживающего потенциала обратна квадрату частоты.