Инфракрасное излучение или инфракрасные лучи, это электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным света (с длиной волны 0,74 мкм) и коротковолновым радиоизлучением (1-2 мм).

Открытие инфракрасного излучения произошло в 1800 г.
Английский учёный В. Гершель обнаружил, что в полученном спектре Солнца за границей красного света (т.е. в невидимой части спектра) температура термометра повышается. Термометр, помещённый за красной частью солнечного спектра, показал повышенную температуру по сравнению с контрольными термометрами, расположенными сбоку.

Инфракрасную область спектра согласно международной классификации разделяют:
- на ближнюю ИК-А (от 0.7 до 1.4 мкм);
- среднюю ИК-В (1.4 - 3 мкм);
- далёкую ИК-С (свыше 3 мкм).

Все нагретые твёрдые тела испускают непрерывный инфракрасный спектр. Это означает, что в излучении присутствуют волны со всеми без исключения частотами, и говорить об излучении на какой-то определенной волны, бессмысленное занятие. Нагретое твёрдое тело излучает в очень широком интервале длин волн.

При низких температурах (ниже 400°С) излучение нагретого твёрдого тела почти целиком расположено в инфракрасной области, и такое тело кажется тёмным. При повышении температуры доля излучения в видимой области увеличивается, и тело вначале кажется:

Темно-красным.................470-650°С

Вишнево-красным.............700°С

Светло-красным...............800°С

Густо-оранжевым.............900°С

Оранжево-желтым............1000°С

Светло-желтым................1100°С

Соломенно-желтым...........1150°С

Белым разной яркости......1200-1400°С

При этом возрастает как полная энергия излучения, так и энергия инфракрасного излучения. При температурах свыше 1000°С нагретое тело начинает испускать ультрафиолетовое излучение.

Законы теплового излучения

Особое место в теории теплового излучения занимает Абсолютно Черное Тело (АЧТ). Так Г.Кирхгоф назвал тело, у которого на всех частотах и при любых температурах поглощательная способность равна единице. Реальное тело всегда отражает часть энергии падающего на него излучения. Даже сажа приближается по свойствам к абсолютно черному телу лишь в оптическом диапазоне.

Абсолютно черное тело является эталонным телом в теории теплового излучения. И, хотя в природе нет абсолютно черного тела, достаточно просто реализовать модель, для которой поглощательная способность на всех частотах будет пренебрежимо мало отличаться от единицы. Ниже приведены законы справедливые для АЧТ.

Основной закон теплового излучения Планка устанавливает зависимость испускательной способности тела R от длины волны λ и температуры тела T.

Зависимость R от длины волны при постоянной температуре показана на рисунке. Мощность излучения имеет максимум при некотором значении λ max .

Хотя спектр изменяется с изменением температуры, он имеет общие закономерности, не зависящие от T, если выразить волны в безразмерной единице λ /λ max . Тогда доля излучаемой энергии в различных участках не зависит от температуры (доля в % от полной энергии приведена на рисунке). Полезно запомнить, что примерно 90% энергии приходится на спектральный интервал λ /λ max = 0,5 … 3,0 , т.е. от l max /2 до 3 l max .

Закон смещения Вина . Длина волны l max , соответствующая максимальной спектральной плотности излучательности АЧТ, обратно пропорциональная температуре: l max = 2.9 /T, где C - постоянная.

Закон Стефана-Больцмана. Излучательность АЧТ, т.е. полная мощность излучения с единичной площади, пропорциональна четвертой степени температуры: R= σT 4 , где σ - постоянная Стефана-Больцмана.

В теории теплового излучения часто пользуются идеализированной моделью реальных тел – понятием "серое тело". Тело называется "серым", если его коэффициент поглощения одинаков для всех частот и зависит только от температуры материала и состояния его поверхности. В действительности реальное физическое тело по своим характеристикам приближается к серому телу только в узком диапазоне частот излучения.

Закон теплового излучения Кирхгофа. Отношение спектральной плотности энергетической светимости тела к его монохроматическому коэффициенту поглощения не зависит от материала тела (т. е одинаково для всех тел) и равно спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела. Данная величина является функцией только температуры и частоты излучения.

Следствия закона Кирхгофа.

Так как коэффициент поглощения для любого тела меньше единицы, то испускательная способность любого тела для данной частоты излучения меньше таковой для черного тела. Иначе говоря, черное тело при любой температуре и частоте излучения является наиболее интенсивным источником излучения.

Если тело не поглощает излучения в какой-либо области спектра, то оно и не излучает в этой области спектра.

Для данной температуры сильнее излучают те серые тела, которые обладают большим коэффициентом поглощения.

И нтенсивность облучения от нагретой поверхности или через отверстие в печи можно определить по формуле (при L ≥F 0.5)

E =0,91F((T/1000) 4 -A)/L 2

где Е - интенсивность облучения, Вт/м2; F - площадь излучающей поверхности, м2; l - расстояние от центра излучающей поверхности до облучаемого объекта, м; A = 85 - для кожи человека и хлопчатобумажной ткани; А = 100- постоянный коэффициент для сукна.

18.1. Найти температуру T печи, если известно, что излучение из отверстия в ней площадью S = 6,1 см 2 имеет мощность N = 34,6 Вт. Излучение считать близким к излучению абсолютно черного тела.

18.2. Какую мощность N излучения имеет Солнце? Излучение Солнца считать близким к излучению абсолютно черного тела. Температура поверхности Солнца T = 5800 К.

18.3. Какую энергетическую светимость R" Э имеет затвердевший свинец? Отношение энергетических светимостей свинца и абсолютно черного тела для данной температуры k =0.6.

18.4. Мощность излучения абсолютно черного тела N = 34 кВт. Найти температуру Т этого тела, если известно, что его поверхность S = 0,6 м 2 .

18.5. Мощность излучения раскаленной металлической поверхности N = 0,67 кВт. Температура поверхности T = 2500K, ее плошадь S = 10 см 2 . Какую мощность излучения N имела бы эта поверхность, если бы она была абсолютно черной? Найти отношение k энергетических светимостей этой поверхности и абсолютно черного тела при данной температуре.

18.6. Диаметр вольфрамовой спирали в электрической лампочке d = 0,3 мм, длина спирали l = 5 см. При включении лампочки в сеть напряжением U 127 В через лампочку течет ток I = 0,31 А. Найти температуру Т спирали. Считать, что по установлении равновесия все выделяющееся в нити тепло теряется в результате излучения. Отношение энергетических светимостей вольфрама и абсолютно черного тела для данной температуры k = 0,31.

18.7. Температура вольфрамовой спирали в 25-ваттной электрической лампочке T = 2450 К. Отношение ее энергетической светимости к энергетической светимости абсолютно черного тела при данной температуре k = 0,3 . Найти площадь S излучающей поверхности спирали.

18.8. Найти солнечную постоянную K , т. е. количество лучистой энергии, посылаемой Солнцем в единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную к солнечным лучам и находящуюся на таком же расстоянии от него, как и Земля. Температура поверхности Солнца T = 5800К. Излучение Coлнца считать близким к излучению абсолютно черного тела.

18.9. Считая, что атмосфера поглощает 10% лучистой энергии,. посылаемой Солнцем, найти мощность излучения N, получаемую от Солнца горизонтальным участком Земди площадью S = 0.5 га. Высота Солнца над горизонтом φ = 30°. Излучение Солнца считать близким к излучению абсолютно черного тела.

18.10. Зная значение солнечной постоянной для Земли (см. задачу 18.8), найти значение солнечной постоянной для Марса.

18.11. Какую энергетическую светимость R э имеет абсолютно черное тело, если максимум спектральной плотности его энергетической светимости приходится на длину волны λ = 484нм?

18.12. Мощность излучения абсолютно черного тела N = 10 кВт Найти площадь S излучающей поверхности тела, если максимум спектральной плотности его энергетической светимости приходится на длину волны λ = 700 нм.

18.13. В каких областях спектра лежат длины волн, соответствующие максимуму спектральной плотности энергетической светимости, если источником света служит: а) спираль электрической лампочки (T = 3000 К); б) поверхность Солнца (T = 6000 К); в) атомная бомба, в которой в момент взрыва развивается температура Т = 10 7 К? Излучение считать близким к излучению абсолютно черного тела.

18.14. На рисунке дана кривая зависимости спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела r λ от длины волны λ при некоторой температуре. К какой температуре Т относится эта кривая? Какой процент излучаемой энергии приходится на долю видимого спектра при этой температуре?

18.15. При нагревании абсолютно черного тела длина волны λ на которую приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости, изменилась от 690 до 500 нм. Во сколько раз увеличилась при этом энергетическаясвегимость тела?

18.16. На какую длину волны λ приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела, имеющего температуру, равную температуре t = 37° человеческого тела, т. е. T = 310К?

18.17. Температура T абсолютно черного тела изменилась при нагревании от 1000 до 3000 К. Во сколько раз увеличилась при этом его энергетическая светимость R э? На сколько изменилась длина волны λ, на которую приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости? Во сколько раз увеличилась его максимальная спектральная плотность энергетической светимости r λ ?

18.18. Абсолютно черное тело имеет температуру T 1 = 2900 К. В результате остывания тела длина волны, на которую приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости, изменилась на Δλ = 9мкм. До какой температуры T 2 охладилось тело?

18.19. Поверхность тела нагрета до температуры T = 1000K. Затем одна половина этой поверхности нагревается на ΔT = 100К, другая охлаждается иа ΔT = 100К. Во сколько раз изменится энергетическая светимость R э поверхности этого тела?

18.20. Какую мощность N надо подводить к зачерненному металлическому шарику радиусом r = 2 см, чтобы поддерживать температуру на ΔT = 27К выше температуры окружающей среды? Температура окружающей среды T = 293 К. Считать, что тепло теряется только вследствие излучения.

18.21. Зачерненный шарик остывает от температуры T 1 = 300 К до T 2 = 293 К. На сколько изменилась длина волны λ , соответствующая максимуму спектральной плотности его энергетической светимости?

18.22. На сколько уменьшится масса Солнца за год вследствие излучения? За какое время τ масса Солнца уменьшится вдвое? Температура поверхности Солнца Т = 5800К. Излучение Солнца считать постоянным.

Абсолютно белое и серое тела, имеющие одинаковую площадь поверхности, нагреты до одинаковой температуры. Сравните потоки теплового излучения этих тел Ф 0 (белого) и Ф (серого). Ответ: 3. Ф 0 <Ф. Абсолютно черное и серое тела, имеющие одинаковую площадь поверхности, нагреты до одинаковой температуры. Сравните потоки теплового излучения этих тел Ф 0 (черного) и Ф (серого). Ответ: 2. Ф 0 >Ф. Абсолютно черное тело – это… Ответ: 1. тело, поглощающее всю энергию падающий на него электромагнитных волн независимо от длины волны (частоты). Абсолютно черное тело имеет температуру T 1 =2900 К. В результате остывания тела длина волны, на которую приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости, изменилась на Δλ=9 мкм. До какой температуры Т 2 охладилось тело? Постоянная Вина с 1=2.9×10 -3 мК. Ответ: 2. Т 2 =290К. Известно, что максимум энергии излучения Солнца соответствует волне l 0 =0,48 мкм. Радиус Солнца R= м, масса Солнца M= кг. За какой момент времени Солнце теряет 1000000 кг своей массы? Ответ: 4. 2×10 -4 с. Имеется два абсолютно черных источника теплового излучения. Температура одного из них T 1 =2500 К. Найти температуру другого источника, если длина волны, отвечающая максимуму его испускательной способности, на l=0.50 мкм больше длины волны, соответствующей максимуму испускательной способности первого источника (постоянная закона смещения Вина b=0.29 см×К). Ответ: 3. T 2 =1750К. Имеется два абсолютно черных источника теплового излучения. Температура одного из их Т 1 =2500 К. Найти температуру другого источника, если длина волны, отвечающая максимуму его испускательной способности, на ∆λ=0.50 мкм больше длины волны, соответствующей максимуму испускательной способности первого источника. Ответ: 1. 1.75 кК. Металлическая поверхность площадью S=15 см 2 , нагретая до температуры Т=3 кК, излучает в одну минуту 100 кДж. Определите отношение энергетических светимостей этой поверхности и чёрного тела при данной температуре.вет: 2. 0.2. Может ли зависеть поглощательная способность серого тела от: а) частоты излучения. б) температуры. Ответ: 3. а) нет; б) да. Мощность излучения абсолютно черного тела N=34 кВт. Найти температуру Т этого тела, если известно, что его поверхность S=0.6 м 2 . Постоянная Стефана-Больцмана d=5.67×10 -8 Вт/(м 2 ×К 2). Ответ: 4. Т=1000 К. Мощность излучения раскаленной металлической поверхности P’=0.67 кВт. Температура поверхности Т=2500 К, ее площадь S=10 см 2 . Найти отношение k энергетических светимостей этой поверхности и абсолютно черного тела при данной температуре (постоянная Стефана – Больцмана σ=5.67×10 -8 Вт/(м 2 ×К 4)). Ответ: 1. k=0.3. твет: 1. 2. Найти температуру Т печи, если известно, что излучение из отверстия в ней площадью S=6.1 см 2 имеет мощность N=34.6 Вт. Излучение считать близким к излучению абсолютно черного тела (S=5.67×10 -8 Вт/(м 2 ×К 4)). Ответ: 2. Т=1000К. 2. λm=0.97 мкм. Ответ: 2. λm≈0.5 мкм. На рисунке показана зависимость спектральной плотности веществ (1, 2) от длины волны. Что можно сказать о данных веществах и их температурах? 1) вещества одинаковые, Т 1 >T 2 . 2) вещества разные Т 1 3) вещества одинаковые, о соотношении температур нельзя сделать вывод. 4) вещества одинаковые, Т 1 5) вещества разные, о соотношении температур нельзя сделать вывод. 6) вещества одинаковые,Т 1 =Т 2. 7) о веществах нельзя сделать вывод, Т 1 >T 2. 8) о веществах нельзя сделать вывод, Т 1 9) нет верных ответов. Ответ: 9. нет верных ответов. На рис приведены графики зависимости спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела от длины волны излучения при разных температурах T 1 и T 2 , причем T 1 >T 2 (Т 1 верш. по Ох больше Т 2). Какой из рисунков правильно учитывает законы теплового излучения? Ответ: 1. Правильный. Поверхность тела нагрета до температуры Т=1000 К. Затем одна половина этой поверхности нагревается на ΔT=100 К, другая охлаждается на ΔT=100 К. Во сколько раз изменится средняя энергетическая светимость Rэ поверхности этого тела? Ответ: 3. в 1.06 раза. По пластинке проходит электрический ток, в результате чего она достигает равновесной температуры Т 0 =1400 К. После этого мощность электрического тока уменьшилась в 2 раза. Определить новую равновесную температуру Т. 2. Т=1174 К.	Выберите верное утверждение. Ответ: 2. Излучение абсолютно черного тела при данной температуре превышает излучение любых других тел при этой же температуре. Выберите правильное утверждение относительно способа излучения электромагнитных волн. Ответ: 4. Электромагнитные волны излучаются не непрерывно, а отдельными квантами при любой температуре выше 0 К. Диаметр вольфрамовой спирали в электрической лампочке d=0,3 мм, длина спирали l=5 см. При включении лампочки в сеть напряжением U=127В через лампочку течет ток I=0,31 А. Найти температуру Т спирали. Считать, что по установлении равновесия все выделяющееся в нити тепло теряется в результате излучения. Отношение энергетических светимостей вольфрама и абсолютно черного тела для данной температуры k=0,31. Постоянная Стефана-Больцмана d=5.67×10-8 Вт/(м 2 ×К 2). Ответ: 3. Т=2600 К. Имеются две полости (см. рис.) с малыми отверстиями одинаковых диаметров d=l.0 см и абсолютно отражающими наружными поверхностями. Расстояние между отверстиями l=10 см. В полости 1 поддерживается постоянная температура T 1 =1700 К. Вычислить установившуюся температуру в полости 2. 3. T 2 =400 К. Имеются две полости (см. рис.) с малыми отверстиями одинаковых диаметров d см и абсолютно отражающими наружными поверхностями. Расстояние между отверстиями l см. В полости 1 поддерживается постоянная температура T 1 . Вычислить установившуюся температуру в полости 2. Указание: Иметь в виду, что абсолютно черное тело является косинусным излучателем. 1. T 2 =T1sqrt(d/2l). Исследование спектра излучения Солнца показывает, что максимум спектральной плотности излучательной способности соответствует длине волны l=500нм. Принимая Солнце за абсолютно черное тело определите излучательную способность (Re) Солнца.2. Re=64 мВт/м 2 . Мощность излучения абсолютно черного тела N=10 кВт. Найти площадь S излучающей поверхности тела, если максимум спектральной плотности его энергетической светимости приходится на длину волны λ=700 нм. Постоянная Стефана-Больцмана d=5.67×10 -8 Вт/(м 2 ×К 2). Ответ: 3. S =6.0 см². а) длина волны, соответствующая максимуму спетральной плотности излучения (λ max). б) максимальная энергия, излучаемая волной данной длины в единицу времени с единицы поверхности (rλ, t) при увеличении температуры нагретого тела. 3. а) уменьшится; б) увеличится. Нагретое тело производит тепловое излучение на всем диапазоне длин волн. Как изменится: а) длина волны, соответствующая максимуму спетральной плотности излучения (λmax). б) максимальная энергия, излучаемая волной данной длины в единицу времени с единицы поверхности (rλ, t) при уменьшении температуры нагретого тела. Ответ: 2. а) увеличится; б) уменьшится. Найти, во сколько раз необходимо уменьшить термодинамическую температуру черного тела, чтобы его энергетическая светимость Re уменьшилась в 16 раз?Ответ: 1. 2. Найти температуру Т печи, если известно, что излучение из отверстия в ней площадью S=6.1 см 2 имеет мощность N=34.6 Вт. Излучение считать близким к излучению абсолютно черного тела (S=5.67×10 -8 Вт/(м 2 ×К 4)). Ответ: 2. Т=1000К. Найти длину волны λm, соответствующую максимуму спектральной плотности энергетической светимости, если источником света служит спираль электрической лампочки (T=3000 К). Излучение считать близким к излучению абсолютно черного тела. (Постоянная Вина С 1 =2.9∙10-3 м∙К). Ответ: 2. λm=0.97 мкм. Найти длину волны λm, соответствующую максимуму спектральной плотности энергетической светимости, если источником света служит поверхность Солнца (T=6000 К). Излучение считать близким к излучению абсолютно черного тела (постоянная Вина С 1 =2.9∙10 -3 м×К). Ответ: 2. λm≈0.5 мкм. Ниже даны характеристики теплового излучения. Какая из них называется спектральной плотностью энергетической светимости? Ответ: 3. Энергия, излучаемая в единицу времени с единицы площади поверхности тела в единичном интервале длин волн, зависящая от длины волны (частоты) и температуры. Определите во сколько раз необходимо уменьшить термодинамическую температуру черного тела, чтобы его энергетическая светимость Re ослабилась в 39 раз? 3. T 1 /T 2 =2.5. Определите, как и во сколько раз изменится мощность излучения черного тела, если длина волны, соответствующая максимуму его спектральной плотности энергетической светимости, сместилась с 720 нм до 400 нм. Ответ: 3. 10.5. Определите температуру тела, при которой оно при температуре окружающей среды t = 27 0 C излучало энергии в 8 раз больше, чем поглощало. Ответ: 2. 504 К. Полость объемом 1 литр, заполнена тепловым излучением при температуре Τ, энтропия которой ς =0.8 10-21 Дж/ К. Чему равна Τ?Ответ: 1. 2000К. Чему равна площадь, которая находится под кривой распределения энергии излучения? Ответ: 3. Энергетической светимости.	Для усиления энергетической светимости абсолютно черного тела в 16 раз необходимо увеличить его температуру в λ раз. Определить λ. Ответ: 1. 2. Для усиления энергетической светимости абсолютно черного тела в 16 раз необходимо уменьшить его температуру в λ раз. Определитьλ.Ответ: 3. 1/2. Зависит ли испускательная и поглощательная способности серого тела от: а) частоты излучения. б) температуры. в) Зависит ли отношение испускательной способности тела к его поглощательной способности от природы тела? Ответ: 2. a ) да; б) да; в) нет. Зачерненный шарик остывает от температуры T 1 =300 К до T 2 =293 К. На сколько изменилась длина волны λ, соответствующая максимуму спектральной плотности его энергетической светимости (постоянная в первом законе Вина С 1 =2.9×10-3 мК)? Ответ: 2. Δλ=0.23 мкм. Какая характеристика теплового излучения в СИ измеряется в Вт/м 2 ? 1. Энергетическая светимость. Какие утверждения для абсолютно черных тел являются верными? 1 - все абсолютно черных тела при данной температуре обладают одним и тем же распределением излучательной энергии по длинам волн. 3 - светимость всех абсолютно черных тел одинаково меняется с температурой. 5 - излучательная способность абсолютно черного тела возрастает с увеличением температуры.Ответ: 1. 1, 3, 5. Какой закон неприменим при инфракрасных длинах волн? Ответ: 3. Закон Рэлея-Джинса. Какой из рисунков правильно учитывает законы теплового излучения (T 1 >T 2)? Ответ: O :3. Какую мощность излучения имеет Солнце? Излучение Солнца считать близким к излучению абсолютно черного тела. Температура поверхности Солнца Т=5800К (R=6.96*108м – радиус Солнца). Ответ: 1. 3.9×1026 Вт. Какую энергетическую светимость Rэ имеет абсолютно черное тело, если максимум спектральной плотности его энергетической светимости приходится на длину волны l=484 нм. (С 1 =2.9×10 -3 м×К). Ответ: 4. 73 мВт/м 2 . Какую энергетическую светимость Rэ имеет абсолютно черное тело, если максимум спектральной плотности его энергетической светимости приходится на длину волны λ=484 нм (постоянная Стефана – Больцмана σ=5.67×10 -8 Вт/(м 2 ×К 4), постоянная Вина С 1 =2.9×10 -3 м×К)? Ответ: 3. Rэ=73.5 мВт/м 2 . Металлическая поверхность площадью S=15 см 2 , нагретая до температуры Т=3 кК, излучает в одну минуту 100 кДж. Определите энергию, излучаемую этой поверхностью, считая её чёрной. Ответ: 3. 413 кДж. На какую длину волны λ приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела, имеющего температуру, равную температуре t=37 °С человеческого тела, т. е. Т=310 К? Постоянная Вина с1=2.9×10 –3 м×К. Ответ: 5. λm =9.3 мкм. На какую длину l приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела, имеющую температуру, равную t 0 =37 °С человеческого тела. Ответ: 3. 9.35 мкм. На рисунке изображена кривая распределения энергии излучения абсолютно черного тела при некоторой температуре. Чему равна площадь, которая находится под кривой распределения? Ответ: 1. Re=89 мВт/м 2 . На рисунке показана зависимость(по Ох вершины разные) спектральной плотности веществ (1, 2) от длины волны. Что можно сказать о данных веществах и их температурах? Ответ: 7. О веществах нельзя сделать вывод, Т 1 > T 2. Определить максимальную скорость фотоэлектронов, вырываемых с поверхности металла, если фототок прекращается при приложении задерживающего напряжения U 0 =3.7 В. Ответ: 5. 1.14 мм/с. Определить, как изменится энергетическая светимость, если термодинамическую температуру черного тела увеличить в 3 раза? Ответ: Увеличиться в 81 раз. Определить температуру Т Солнца, принимая его за абсолютно черное тело, если известно, что максимум интенсивности спектра Солнца лежит в зеленой области λ=5×10 ‾5 см.Ответ: 1. Т=6000К. Определить длину волны, соответствующую максимуму интенсивности в спектре абсолютно черного тела, температура которого равна 106 К. Ответ: 1. λ max =29Å. Определите, во сколько раз возрастет мощность излучения черного тела, если длина волны, соответствующая максимуму его спектральной плотности энергетической светимости, сместилась с 720 нм до 400 нм. Ответ: 4. 10.5. По какому закону меняется отношение излучательной способности rλ,T данного вещества к поглощательной aλ,T? Ответ: 2. const. Полость объемом 1 литр, заполнена тепловым излучением при температуре 2000К. Найти теплоемкость полости C (Дж/ К). Ответ: 4. 2.4×10 -8 .
При изучении звезды A и звезды B установлено соотношение масс, теряемых ими в единицу времени: DmA=2DmB, и их радиусов: RA=2.5RB. Максимум энергии излучения звезды B соответствует волне lB=0.55 мкм. Какой волне соответствует максимум энергии излучения звезды A? Ответ: 1. lA=0.73 мкм. При нагревании абсолютно черного тела длина волны λ, на которую приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости, изменилась от 690 до 500 нм. Во сколько раз изменилась при этом энергетическая светимость тела? Ответ: 4. В 3,63 раза. При прохождении через пластинку свет длиной волны λ ослабляется вследствие поглощения в N 1 раз, а свет длиной волны λ 2 в N 2 раз. Определить коэффициент поглощения для света длиной волны λ 2 , если коэффициент поглощения для λ 1 равен k 1 . 3. k 2 =k 1 ×lnN 2 /lnN 1 . Равновесная темтература тела равна Т. Площадь излучающей поверхности S, поглощательная способность а. Выделяемая в теле мощность увеличилась на P. Определить новую равновесную температуру Т 1 . T 1 = sqrt ^4(T ^4+ P / aS × psi ). Считая, что тепловые потери обусловлены только излучением, определите, какую мощность необходимо подводить к медному шарику диаметром d=2 см, чтобы при температуре окружающей среды t 0 =-13 ˚C поддерживать его температуру равной t=17 ˚C. Примите поглощательную способность меди равной А=0.6. Ответ: 2. 0.1 Вт. Считая никель черным телом, определите мощность, необходимую для поддержания температуры расплавленного никеля 1453 0 С неизменной, если площадь его поверхности равна 0.5 см 2 . Ответ: 1. 25 Вт. Температура внутренней поверхности муфельной печи при открытом отверстии диаметром 6 см равна 650 0 С. Принимая, что отверстие печи излучает как черное тело, определите, какая доля мощности рассеивается стенками, если мощность, потребляемая печью, составляет 600 Вт. Ответ: 1. h=0.806. Энергетическая светимость абсолютно черного тела Rэ=3× 10 4 Вт/м 2 . Определить длину волны λm, отвечающую максимуму испускательной способности этого телаОтвет: 1. λ m =3.4×10 -6 м. Энергетическая светимость абсолютно черного тела МЭ=3.0 Вт/см 2 . Определить длину волны, отвечающую максимуму испускательной способности этого тела (S=5.67×10 -8 Вт/м 2 К 4 , b=2.9×10 -3 м×К). Ответ: 1. lm=3.4 мкм. Энергетическая светимость абсолютно черного тела МЭ. Определить длину волны, отвечающую максимуму испускательной способности этого тела.1. Lam = b × sqrt ^4(psi / M ). Энергетическая светимость абсолютно черного тела Rэ=3×104 Вт/м 2 . Определить длину волны λm, отвечающую максимуму испускательной способности этого телаОтвет: 1. λm=3.4×10 -6 м При изучении звезды A и звезды B установлено соотношение масс, теряемых ими в единицу времени: m A =2m B , и их радиусов: R A =2.5 R B . Максимум энергии излучения звезды B соответствует волне  B =0.55 мкм. Какой волне соответствует максимум энергии излучения звезды A? Ответ: 1.  A =0.73 мкм. Принимая Солнце (радиус равен 6,95× 10 8 м) за черное тело и учитывая, что его максимальной спектральной плотности энергетической светимости соответствует длина волны 500 нм, определить: а) энергию, излучаемую Солнцем в виде электромагнитных волн в течение 10 минут. б) массу, теряемую Солнцем за это время за счет излучения. Ответ: 2. а) 2.34×10 29 Дж; б) 2.6×10 12 кг. Серебряный шарик (теплоемкость – 230 Дж/гК, плотность – 10500 кг/м 3) диаметра d=1 см поместили в откачанный сосуд, температура стенок которого поддерживается близкой к абсолютному нулю. Начальная температура равна Т 0 =300 К. Считая поверхность шарика абсолютно черной, найти через сколько времени его температура уменьшится в n=2 раза. Ответ: 4. 1.7 часа. Температура (Т) внутренней стенки печи при открытом отверстии площадью (S=50 см 2) равна 1000 К. Если считать, что отверстие печи излучает как черное тело, то найдите, какая мощность теряется стенками вследствие их теплопроводности, если потребляемая печью мощность равна 1.2 кВт? Ответ: 2. 283 Вт. Температура вольфрамовой спирали в 25–ваттной электрической лампочке T=2450 К. Отношение ее энергетической светимости к энергетической светимости абсолютно черного тела при данной температуре k=0.3. Найти площадь S излучающей поверхности спирали. (Постоянная Стефана – Больцмана σ=5.67×10 -8 Вт/(м 2 ×К 4)). Ответ: 2. S =4×10 -5 м 2 . Температура «голубой» звезды 30000 К. Определить интегральную интенсивность излучения и длину волны соответствующую максимуму излучательной способности. Ответ: 4. J=4.6×1010 Вт/м 2 ; λ=9.6×10 -8 м. Температура Т абсолютно черного тела изменилась при нагревании от 1000 до 3000 К. На сколько изменилась длина волны λ, на которую приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости (постоянная в первом законе Вина С 1 =2.9×10 -3 м×К)? Ответ: 1. Δλ=1.93 мкм. Температура Т абсолютно черного тела изменилась при нагревании от 1000 до 3000 К. Во сколько раз увеличилась его максимальная спектральная плотность энергетической светимости rλ? Ответ: 5. В 243 раза. Черное тело нагрели от температуры Τ=500К до некоторой Τ 1 , при этом его энергетическая светимость увеличилась в 16 раз. Чему равна температура Τ 1 ? Ответ: 3. 1000 К.	Черное тело нагрели от температуры Τо=500К до Τ 1 =700К.Как изменилась длина волны, соответствующая максимальной спектральной плотности энергетической светимости? Ответ: 1. Уменьшилась на 1.7 мкм. Серебряный шарик (теплоемкость – 230 Дж/г× К, плотность – 10500 кг/м 3) диаметра d=1 см поместили в откачанный сосуд, температура стенок которого поддерживается близкой к абсолютному нулю. Начальная температура равна Т 0 =300 К. Считая поверхность шарика абсолютно черной, найти через сколько времени его температура уменьшится в n=2 раза. Ответ: 5. 2 часа. Серое тело – это…Ответ:2. тело, поглощательная способность которого одинакова для всех частот и зависит только от температуры, материала и состояния поверхности. Считая никель чёрным телом, определите мощность, необходимую для поддержания температуры расплавленного никеля 1453 0 С неизменной, если площадь его поверхности равна 0.5 см 2 . Ответ: 1. 25.2 Вт. Температура одного из двух абсолютно черных источников Т 1 =2900 К. Найти температуру второго источника Т 2 , если длина волны, соответствующая максимуму его излучательной способности на ∆λ=0.40 мкм больше длины волны, соответствующей максимуму излучательной способности первого источника. Ответ: 1. 1219 К. Температура внутренней поверхности муфельной печи при открытом отверстии площадью 30 см 2 равна 1.3 кК. Принимая, что отверстие печи излучает как чёрное тело, определите, какая часть мощности рассеивается стенками, если потребляемая печью мощность составляет 1.5 кВт. Ответ: 3. 0.676. Температура поверхности абсолютно черного тела Т=2500 К, ее площадь S=10 см 2 . Какую мощность излучения P имеет эта поверхность (Постоянная Стефана – Больцмана σ=5.67× 10 -8 Вт/(м 2 × К 4))? Ответ: 2. P=2.22 кВт. Температура Т абсолютно черного тела изменилась при нагревании от 1000 до 3000 К. Во сколько раз увеличилась при этом его энергетическая светимость Rэ? Ответ: 4. В 81 раз. Черное тело находится при температуре Τ 0 =2900 К. При его остывании длина волны, соответствующая максимальной спектральной плотности энергетической светимости, изменилась на 10 мкм. Определить температуру Τ 1 , до которой тело охладилось. Ответ: 1. 264 К. Черное тело нагрели от температуры Τ до Τ 1 , при этом его энергетическая светимость увеличилась в 16 раз. Найти соотношение Τ 1 /Τ. Ответ: 2. 2. Черное тело нагрели от температуры Т 1 =600 К до Т 2 =2400 К. Определить, во сколько раз изменилась его энергетическая светимость. Ответ: 4. Увеличилась в 256 раз. Что происходит с максимумом излучательной способности абсолютно черного тела при росте температуры? Ответ: 3. Увеличивается по величине, смещается к меньшим длинам волн. Вентильный фотоэффект … Ответ: 3. состоит в возникновении фото–ЭДС вследствие внутреннего фотоэффекта вблизи поверхности контакта металл – проводник или полупроводник с p-n переходом. Вентильный фотоэффект – это … Ответ: 1. возникновение ЭДС (фото–ЭДС) при освещении контакта двух разных полупроводников или полупроводника и металла (при отсутствии внешнего электрического поля). Внешний фотоэффект … Ответ: 1. заключается в вырывании электронов с поверхности твердых и жидких веществ под действием света. Внутренний фотоэффект … Ответ: 2. заключается в вырывании электронов с поверхности твердых и жидких веществ под действием света. Какова максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов при освещении металла с работой выхода А=2 эВ светом с длиной волны λ=6.2×10 -7 м? Ответ: 10 эВ. КПД 100–ваттной электролампы в области видимого света равен η=1%. Оценить число фотонов, излучаемых за одну секунду. Положить, что излучаемая длина волны равна 500 нм. Ответ: 2. 2.5×10 18 фот/с. Красная граница фотоэффекта для некоторого металла λ 0 . Чему равна кинетическая энергия фотоэлектронов при освещении этого металла светом с длиной волны λ (λ<λ 0). Постоянная Планка h, скорость света C. Ответ: 3. h × C ×(λ 0 - λ )/ λλ 0 . Красная граница фотоэффекта для некоторого металла  max =275 нм. Чему равно минимальное значение энергии фотона, вызывающего фотоэффект? Ответ: 1. 4.5 эВ. На рисунке представлены вольтамперные характеристики двух фотокатодов, освещенных одним и тем же источником света. У какого фотокатода больше работа выхода? Ответ: 2>1. На рисунке изображена вольт-амперная характеристика фотоэлемента. Определить число N фотоэлектронов, покидающих поверхность катода в единицу времени. Ответ: 4. 3.75×10 9 .	Внутренний фотоэффект – это… Ответ: 2. вызванные электро–магнитным излучением переходы электронов внутри полупроводника или диэлектрика из связанных состояний в свободные без вылета наружу. В каком фотоэффекте под действием падающего света увеличивается концентрация свободных носителей тока? Ответ: 2. Внутреннем. В опыте Столетова заряженная отрицательная цинковая пластинка облучалась светом от вольтовой дуги. До какого максимального потенциала зарядится цинковая пластинка при облучении монохроматическим светом длиной волны =324 нм, если работа выхода электронов с поверхности цинка равна А вых =3.74 эВ? Ответ: 2. 1.71 В. Выбиваемые светом при фотоэффекте электроны при облучении фотокатода видимым светом полностью задерживаются обратным напряжением U=1.2 В. Длина волны падающего света λ=400 нм. Определить красную границу фотоэффекта. 4. 652 нм. Выберите верные утверждения: 1. Электроны вырываются из металла, если частота падающего на металл света меньше определенной частоты ν гр. 2. Электроны вырываются из металла, если частота падающего на металл света больше определенной частоты ν гр. 3. Электроны вырываются из металла, если длина волны падающего на металл света больше определенной длины волны λ гр. 4. λ гр – длина волны, которая постоянна для каждого металла. 5. ν гр – частота своя для каждого вещества: 6. Электроны вырываются из металла, если длина волны падающего на металл света меньше определенной длины волны λ гр. Ответ: б) 2, 5. Задерживающее напряжение для платиновой пластинки (работа выхода 6.3 эВ) составляет 3.7 В. При тех же условиях для другой пластинки задерживающее напряжение равно 5.3 В. Определите работу выхода электронов из этой пластинки. Ответ: 1. 4.7 эВ. Известно, что длину волны падающего на металл света можно определить по формуле. Определить физический смысл коэффициентов a, b, c. Ответ: 4. a – постоянная Планка, b – работа выхода, c – скорость света в вакууме. Как изменится вид зависимости фототока от напряжения между фотокатодом и сеткой, если число фотонов, попадающих в единицу времени на фотокатод, уменьшится вдвое, а длина волны возрастет в 2 раза. Соотнести с графиком. Ответ: 1. Калий освещается монохроматическим светом с длиной волны 400 нм. Определите наименьшее задерживающее напряжение, при котором фототок прекратится. Работа выхода электронов из калия равна 2.2 эВ. Ответ: 3. 0.91 В. Какова максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов при освещении металла с работой выхода А=2 эВ светом с длиной волны λ=550 нм? Ответ: 1. 0.4 эВ. Красная граница фотоэффекта для металла () равна 577 нм. Найдите минимальное значение энергии фотона (E min), вызывающего фотоэффект Ответ: 1. 2.15 эВ. Красная граница фотоэффекта для металла () равна 550 нм. Найдите минимальное значение энергии фотона (E min), вызывающего фотоэффект. Ответ: 1. 2.24 эВ. Максимальная начальная скорость (максимальная начальная кинетическая энергия) фотоэлектронов … Ответ: 2. не зависит от интенсивности падающего света. Между фотокатодом и анодом расстояние S и приложена такая разность потенциалов, что наиболее быстрые фотоэлектроны могут пролететь только половину S. Какое расстояние они пролетят, если расстояние между электронами уменьшится вдвое пи той же разности потенциалов? Ответ: S /4. Наибольшая длина волны света, при которой происходит фотоэффект для вольфрама 275 нм. Найти наибольшую скорость электронов, вырываемых из вольфрама светом с длиной волны 250 нм. Ответ: 2. 4×10 5 . Найдите, до какого потенциала зарядится уединенный металлический шарик с работой выхода А=4 эВ при облучении светом с длиной волны λ=3×10 -7 м. Ответ: 1. 0.14 В. Найдите, до какого потенциала зарядится уединенный металлический шарик с работой выхода А=4 эВ при облучении светом с длиной волны λ=3×10 -7 . Ответ: 2. 8.5×10 15 . Найти длину волны излучения, масса фотонов которого равна массе покоя электрона. Ответ: 3. 2.43 пм. Найти напряжение, при котором рентгеновская трубка работала бы так, что минимальная волна излучения была равна 0.5нм. Ответ: 2. 24.8 кВ. Найти частоту ν света, вырывающего из металла электроны, которые полностью задерживаются разностью потенциалов Δφ=3 В. Граничная частота фотоэффекта ν 0 =6×10 14 Гц. Ответ: 1. ν =13.2×10 14 Гц. На металлическую пластину падает монохроматический свет (λ=0.413 мкм). Поток фотоэлектронов, вырываемых с поверхности металла, полностью задерживается, когда разность потенциалов тормозящего электрического поля достигает U=1 В. Определить работу выхода. Ответ: 2. A =3.2×10 -19 Дж. На поверхность металла ежесекундно падает 10 19 фотонов монохроматического света мощностью 5 Вт. Чтобы прекратить эмиссию электронов нужно приложить задерживающую разность потенциалов 2 В. Определить работу выхода электронов (в эВ). Ответ: 1. 1.125.
На поверхность металла ежесекундно падает 10 19 фотонов монохроматического света мощностью 6.7 Вт. Чтобы прекратить эмиссию электронов, нужно приложить сдерживающую разность потенциалов 1.7 В. Определить: а) работу выхода электронов б) максимальную скорость фотоэлектронов. Ответ: 1. а) 2.5 эВ; б) 7.7×10 5 м/с. На поверхность лития падает монохроматический свет с длиной волны λ=310 нм. Чтобы прекратить фототок необходимо приложить задерживающую разность потенциалов Uз не менее 1.7 В. Определить работу выхода электронов из лития. Ответ: 2. 2.31 эВ. На рисунке 1 представлены вольтамперные характеристики одного фотоэлемента при освещении его монохроматическим светом от двух источников с частотами V 1 (кривая 1) и V 2 (кривая 2). Сравните величины световых потоков, считая что вероятность выбивания электронов не зависит от частоты. Ответ: 2. Ф 1 <Ф 2 . На рисунке 1 представлены вольтамперные характеристики одного фотоэлемента при освещении его монохроматическим светом от двух источников с частотами V 1 (кривая 1) и V 2 (кривая 2). Сравните частоты V 1 и V 2 . Варианты: Ответ: 1. V 1 > V 2 . На рисунке представлены вольтамперные характеристики для фотоэлемента. Какие утверждения верны? ν – частота падающего света, Ф – интенсивность. Ответ: 1. ν 1 >ν 2 , Ф 1 =Ф 2 . На рисунке показана зависимость задерживающей разности потенциалов Uз от частоты падающего света ν для некоторых материалов (1, 2). Как соотносятся работы выхода А вых для этих материалов? Ответ: 2. А 2 >А 1 . На рисунке приведены вольтамперные характеристики одного фотоэлемента при освещении его монохроматическим светом от двух источников с частотами v  и v 2 . Сравните частоты v  и v 2 . Ответ: 2. v  > v 2 . На рисунке изображена вольт амперная характеристика фотоэффекта. Определите, какая кривая соответствует большой освещенности (Ее) катода, при одинаковой частоте света. Ответ: 1. Кривая 1. На рисунке изображена вольт амперная характеристика фотоэффекта. Определите, какая кривая соответствует большей частоте света, при одинаковой освещенности катода. Ответ: 3. Частоты равны. На рисунке приведены вольтамперные характеристики одного фотоэлемента при освещении его монохроматическим светом от двух источников с частотами v  и v 2 . Ответ: 2. v  > v 2. Работа выхода электрона с поверхности одного металла A1=1 эВ, а с другого А2=2 эВ. Будет ли наблюдаться фотоэффект у этих металлов, если энергия фотонов падающего на них излучения равна 4.8×10 -19 Дж? Ответ: 3. Будет для обоих металлов. Работа выхода электрона с поверхности одного металла A1=1 эВ, а с другого А2=2 эВ. Будет ли наблюдаться фотоэффект у этих металлов, если энергия фотонов падающего на них излучения равна 2.8×10 -19 Дж? Ответ: 1. Только для металла с работой выхода A1. Работа выхода электрона с поверхности цезия равна А вых =1,89 эВ. С какой максимальной скоростью v вылетают электроны из цезия, если металл освещен желтым светом с длиной волны =589нм? Ответ: 4. ν=2.72×10 5 м/с. Работа выхода электрона с поверхности одного металла А1=1 эВ, а с другого А2=2 эВ. Будет ли наблюдать фотоэффект у этих металлов, если энергия фотонов падающего на них света равна 4.8×10 -19 Дж? Ответ: 4. Нет, для обоих металлов. Размерность в системе СИ выражения h×k, где h – постоянная Планка, k – волновое число, есть: Ответ: 5. кг×м/с. Рентгеновская трубка, работующая под напряжением U=50 кВ и потребляющая ток силой I, излучает за время tN фотонов со средней длиной волны λ. Определить коэффициент полезного действия η. Ответ: Nhc / IUt λ. Сколько фотонов попадает за 1 св глаза человека, если око воспринимает свет с длиной волны 1 мкм при мощности светового потока 4×10 -17 Вт? Ответ: 1. 201. Сколько фотонов содержит Е=10 7 Дж излучений с длиной волны =1 мкм? Ответ: 5. 04×10 11 . На рисунке 1 представлены вольтамперные характеристики одного фотоэлемента при освещении его монохроматическим светом от двух источников с частотами n 1 (кривая 1) и n 2 (кривая 2). Сравните частоты n 1 и n 2 . Ответ: 1. n 1 >n 2 . Определить работу выхода. Ответ: 2. A=3.2×10 -19 Дж. Определить работу выхода А электронов из натрия, если красная граница фотоэффекта lр=500 нм (h=6.62×10 -34 Дж×с, с=3×108м/с). Ответ: 1. 2.49 эВ. Определить максимальную скорость V max фотоэлектронов, вырываемых с поверхности серебра ультрофиолетовым излучением с длиной волны l=0.155 мкм. при работе выхода для серебра А=4.7 эВ. Ответ: 1.1.08 мм/с. Определить длину волны «красной границы» фотоэффекта для алюминия. Работа выхода А вых =3.74 Эв. Ответ: 2. 3.32×10 -7 . Определить красную границу Lam фотоэффекта для цезия, если пи облучении его поверхности фиолетовым светом длинной волны λ=400 нм максимальная скорость фотоэлектронов равна 0.65 им/с (h=6.626×10 -34 Дж×с). Ответ: 640нм.	Определить «красную границу» фотоэффекта для серебра, если работа выхода равна 4.74 эВ. Ответ: 2. λ 0 =2,64×10 -7 м. Определите максимальную скорость фотоэлектронов, если фототок превращается при задерживающей разности потенциалов 1 В (заряд электрона 1.6×10 -19 Кл, масса электрона 9.1×10 -31 кг). Ответ: 1. 0.6×10 6 м/с. Определить порядок зависимости а) тока насыщения б) числа фотоэлектронов, покидающих катод в единицу времени при фотоэффекте от энергетической освещенности катода. Ответ: 3. а) 1; б) 1. Фотокатод освещается различными монохроматическими источниками света. Зависимость фототока от напряжения между катодом и анодом при одном источнике света отображается кривой 1, а при другом кривой 2 (рис 1). Чем отличаются источники света друг от друга? Ответ: 2. У первого источника света частота излучения больше, чем у второго. Фотоны с энергией Е=5 эВ вырывают фотоэлектроны из металла с работой выхода А=4.7 эВ. Определите максимальный импульс, передаваемый поверхности этого металла при вылете электрона. Ответ: 4. 2.96×10 -25 кг×м/с. Фотоэлектроны, вырываемые с поверхности металла, полностью задерживаются при приложении обратного напряжения U=3 В. Фотоэффект для этого металла начинается при частоте падающего монохроматического света ν=6× 10 14 с -1 . Определить работу выхода электронов из этого металла. Ответ: 2. 2.48 эВ. Фотоэлектроны, вырываемые с поверхности металла, полностью задерживаются при Uо=3 B. Фотоэффект для этого металла начинается при частоте n 0 =6×10 14 с -1 .Определите частоту падающего света. Ответ: 1. 1.32×10 15 с -1 . а) a=h/A вых; c=m/2h. б) a=h/A вых; c=2h/m. в) a=A вых /h; c=2h/m. г) нет верного ответа. Ответ: г) нет верного ответа. а) a=h/A вых; c=m/2h. б) a=h/A вых; c=2h/m. в) a=A вых /h; c=m/2h. г) a=A вых /h; c=2h/m. Ответ: в) a = A вых / h ; c = m /2 h . Определить, сколько фотонов попадает за 1 минуту на 1 см 2 поверхности Земли, перпендикулярной солнечным лучам, если средняя длина волны солнечного света  ср =550 нм, солнечная постоянная =2 кал/(см 2 мин). Ответ: 3. n =2.3×10 19 . Определить скорость фотоэлектронов, вырываемых с поверхности серебра ультра фиолетовыми лучами (λ=0.15 мкм, m э =9.1×10 -31 кг). Ответ: 3. 1.1×10 6 м/с. От каких величин зависит "красная граница" n 0 фотоэффекта? Ответ: 1. От химической природы вещества и состояния его поверхности. Пластинку из цезия освещают светом с длиной волны =730 нм. Максимальная скорость вылета электронов v=2.5×10 5 м/с. На пути светового пучка установили поляризатор. Степень поляризации P=0.16. Чему станет равна максимальная скорость вылета электронов, если работа выхода для цезия А вых =1.89 эВ? Ответ: 4. ν 1 =2.5×10 5 м/с. Постоянная Планка h имеет размерность. Ответ: 5. Дж×с. Принято считать, что при фотосинтезе на превращение одной молекулы углекислого газа в углеводород и кислород требуется около 9 фотонов. Предположим, что длина волны, падающего на растение, равно на 670 нм. Каков КПД фотосинтеза? Учесть, что на обратную химическую реакцию требуется 29%. 2. 29%. При замене одного металла другим длина волны, соответствующая "красной границе", уменьшается. Что можно сказать о работе выхода этих двух металлов? Ответ: 2. У второго металла больше. Принято считать, что при фотосинтезе на превращение одной молекулы углекислого газа в углеводород и кислород требуется около 9 фотонов. Предположим, что длина волны света, падающего на растение, равна 670 нм. Каков КПД фотосинтеза? Учесть, что при обратной химической реакции выделяется 4,9 эВ. Ответ: 2. 29%. Чему равна длина волны красной границы фотоэффекта для цинка? Работа выхода для цинка A=3.74 эВ (постоянная Планка h=6.6× 10 -34 Дж× с; заряд электрона e=1.6× 10 -19 Кл). 3. 3.3×10 -7 м. Чему равна максимальная скорость электрона, выбитого с поверхности натрия (работа выхода – 2.28 эВ) светом с длиной волны 550 нм? Ответ: 5. Нет правильного ответа. Чему равна максимальная скорость электрона, выбитого с поверхности натрия (работа выхода – 2.28 эВ) светом с длиной волны 480 нм? Ответ: 3. 3×105 м/с. Электрон, ускоренный электрическим полем, приобрел скорость, при которой его масса стала равной удвоенной массе покоя. Найти разность потенциалов, пройденную электроном. Ответ: 5. 0.51 мВ. Энергия фотона монохроматического света с длиной волны λ равна: Ответ: 1. hc /λ.	Верны ли утверждения: а) рассеяние происходит при взаимодействии фотона со свободным электроном, а фотоэффект - при взаимодействии со связанными электронами; б) поглощение фотона свободным электроном невозможно, так как этот процесс находится в противоречии с законами сохранения импульса и энергии. 3. а) да б) да В каком случае наблюдается обратный эффект Комптона, связанный с уменьшением длины волны в результате рассеивания света на веществе? 2. При взаимодействии фотона с релятивистскими электронами В результате эффекта Комптона фотон при соударении с электроном был рассеян на угол q = 900. Энергия e’ рассеянного фотона равна 0,4 МэВ. Определить энергию фотона (e) до рассеяния. 1.1.85 МэВ В результате комптоновского рассеяния в одном случае фотон полетел под углом к первоначальному направления падающего фотона, а другой – под углом. В каком случае длина волны излучения после рассеяния больше и в каком случае электрон, участвующий во взаимодействие, получил большую энергию? 4. 2 , 2 В результате эффекта Комптона фотон при соударение с электроном был рассеян на угол =90 0 . Энергия рассеянного фотона Е’=6.4*10^-14 Дж. Определить энергию Е фотона до рассеянивания. (с=3*10^8м/с, m e =9.1*10^-31кг). 2. 1.8*10^-18Дж В чем отличие характера взаимодействия фотона и электрона при фотоэффекте (ФЭ) и эффекте Комптона (ЭК)? 2. ФЭ: фотон взаимодействует со связанным электроном и он поглощается ЭК: фотон взаимодействует со свободным электроном и он рассеивается Для каких длин волн заметен эффект Комптона? 1. Рентгеновские волны Для каких длин волн заметен эффект Комптона? Эффект Комптона заметен для рентгеновского спектра волн ~ 10 -12 м. 1 - интенсивно для веществ с малым атомным весом. 4 - слабо для веществ с большим атомным весом. 2) 1,4 Каким из ниже перечисленных закономерностей подчиняется комптоновское рассеивание? 1 - при одинаковых углах рассеивания изменение длины волны одно и то же для всех рассеивающих веществ. 4. изменение длины волны при рассеивании возрастает с увеличением угла рассеивания 2) 1,4 Какова была длина волны рентгеновского излучения, если при комптоновском рассеянии этого излучения графитом под углом 60º длина волны рассеянного излучения оказалась равной 2,54∙10-11м. 4. 2,48∙10-11 м Какова была длина волны l0 рентгеновского излучения, если при комптоновском рассеянии этого излучения графитом под углом j=600 длина волны рассеянного излучения оказалась равной l=25,4пм 4. l0= 24,2*10-12м Какое из приведенных ниже выражений является формулой, эксперементально полученной Комптоном (q – угол рассеяния)? 1.∆l= 2 h *(sinQ /2)^2/ m * c Какой была длина волны рентгеновского излучения, если при рассеянии этого излучения некоторым веществом под углом 60°, длина волны рассеянных рентгеновских лучей составляет λ1 = 4*10-11 м 4. λ = 2,76 * 10-11 м Какую энергию должен иметь фотон, чтобы его масса была равна массе покоя электрона? 4.8.19*10-14 Дж Комптоновский электрон вылетел под углом 30° . Найти изменение длины волны фотона с энергией 0.2 МэВ, при его рассеивании на покоившемся свободном электроне. 4.3.0 пм Комптоном было обнаружено, что оптическая разность между длиной волны рассеянного и падающего излучения зависит от: 3. Угла рассеивания Комптоновская длина волны (при рассеивании фотона на электроны) равна: 1. h / m * c Может ли свободный электрон поглотить фотон? 2. нет Найти кинетическую энергию электрона отдачи, если фотон с длиной волны λ=4пм рассеялся под углом 90 0 на покоившемся свободном электроне. 5) 3.1*10 5 эВ. Найти изменение частоты фотона, рассеянного покоящимся электроном. h- постоянная планка; m 0 -масса покоя электрона; с-скорость света; ν- частота фотона; ν′- частота рассеянного фотона; φ- угол рассеивания; 2) ∆ν= h * ν * ν ′*(1- cosφ ) / ( m 0 * c 2 ); На рисунке 3 представлена векторная диаграмма комтоновского рассеяния. Какой из векторов представляет импульс рассеянного фотона? 1) 1 На рисунке 3 представлена векторная диаграмма комтоновского рассеяния. Какой из векторов представляет импульс электрона отдачи? 2) 2 2. 2,5*10^8м/с
На рисунке представлены зависимости интенсивности первичного и вторичного излучения от длины волны света при рассеивании света на некоторых веществах. Что можно сказать об атомных весах(А 1 и А 2) этих веществ(1 ,2)? λ – длина волны первичного излучения, λ / - длина волны вторичного излучения. 1) А 1 < A 2 Определить максимальное изменение длины волны при рассеянии света на протонах. 2) ∆λ=2.64*10 -5 Ǻ; На каких частицах возможно наблюдение эффекта комптона? 1 - Свободные электроны 2 – Протоны 3 - Тяжелые атомы 4 – Нейтроны 5 - Положительные ионы металлов 3) 1, 2, 3 Направленный монохроматический световой поток Ф падает под углом а=30 о на абсолютно черную (А) и зеркальную(В) пластинки(рис. 4) Сравните давление света pa и pв на пластинки А и В соответственно, если пластинки закреплены 3.pa На рисунке 2 представлена векторная диаграмма комтоновского рассеяния. Угол рассеяния φ=π/2. какой из векторов соответствует импульсу рассеянного фотона? 3. φ=180 о На рисунке 2 представлена векторная диаграмма комтоновского рассеяния. При каком угле рассеяния фотонов изменение их длин волны ∆λ максимально? 3 . φ=180 о Определить максимальную скорость электронов, вылетающих из металла под действием γ-излучения длиной волны λ=0,030А. 2. 2,5*10^8м/с Определите длину волны λ рентгеновского излучения, если при комптоновском рассеянии этого излучения под углом Θ = 60° длина волны рассеянного излучения λ 1 оказалась равной 57 пм.5) λ = 55,8 * 10 -11 м Открытиеэффекта Комптонадоказало, что …б) фотон может вести себя одновременно как частица и как волна д) при взаимодействии электрона и фотона энергия фотона уменьшается 2) б, д Рассеянные на частицах вещества световые лучи прошли через собирающую линзу и дали интерференционную картину. О чем это говорит? 5.Энергия связи электронов в атомах вещества больше энергии фотона Рентгеновские лучи (λ = 5 пм) испытывают рассеяние на воске. Найти длину λ 1 волны рентгеновских лучей, рассеявшихся под углом 145° (Λ - комптоновская длина волны). 3) λ 1 = 4,65 * 10 -11 м Рентгеновские лучи с длиной волны 0,2Ǻ (2,0*10 -11 м) испытывают комптоновское рассеяние под углом 90º. Найти кинетическую энергию электрона отдачи.2)6,6*10 3 эВ; Рентгеновские лучи с длиной волны  0 =70.8 пм испытывает комптоновское рассеивание на парафине. Найдите длину волны λ рентгеновских лучей, рассеяных в направление =/2( c =2,22пм).64,4 пм 4. 73,22пм Рентгеновские лучи с длиной волны λ 0 = 7,08*10 -11 м испытывают комптоновское рассеяние на парафине. Найти длину волны рентгеновских лучей, рассеянных под углом 180º. 3)7,57*10 -11 м; Рентгеносвкие лучи с длиной волны l0=70,8пм испытывают Комптоновское рассеяние на парафине. Найти длину волны l рентгеновских лучей рассеянных в направлении j=p/2 (mэл=9,1*10-31кг). 3.73,22*10-12м Рентгеносвкие лучи с длиной волны l0=70,8пм испытывают Комптоновское рассеяние на парафине. Найти длину волны l рентгеновских лучей рассеянных в направлении j=p(mэл=9,1*10-31кг). 2.75,6 *10-12м Рентгеновское излучение длиной волны l=55.8 пм рассеивается плиткой графита (комптон – эффект). Определить длину волны l’ света, рассеянного под углом q =600 к направлению падающего пучка света 1. 57пм Фотон с энергией 1.00МэВ рассеялся на свободном покоившемся электроне. Найти кинетическую энергию электрона отдачи,если частота рассеявшегося фотона изменилась в 1.25 раза. 2) 0.2МэВ Энергия падающего фотона hυ=0,1 МэВ, максимальная кинетическая энергия электрона отдачи равна 83 КэВ. Определить длину первичной волны. 3) λ=10 -12 м; Фотон с энергией e=0.12 МэВ рассеялся на первоначально покоившемся свободном электроне.Известно,что длина волны рассеянного фотона изменилась на 10%. Определите кинетическую энергию электрона отдачи(Т). 1. 20 кэВ Фотон с энергией e = 0.75 МэВ рассеялся на свободном электроне под углом q =600. Принимая, что кинетическая энергия и импульс электрона до соударения с фотоном были пренебрежительно малы, определите энергию e рассеянного фотона. 1. 0.43 МэВ Фотон с энергией E=1,025 МэВ рассеялся на первоначально покоившемся свободном электроне. Определите угол рассеяния фотона, если длина волны рассеянного фотона оказалась равной комптоновской длине волны λк=2,43 пм. 3. 60 ˚ Фотон с энергией j=1,025 МэВ рассеялся на покоящемся свободном электроне. Длина волны рассеянного фотона оказалась равной комптоновской длине волны lК=2,43 пм. Найти угол рассеяния q. 5. 600 Фотон с энергией j=0,25 МэВ рассеялся на покоящемся свободном электроне. Определить кинетическую энергию электрона отдачи, если длина волны рассеянного фотона изменилась на 20%. 1. =41,7 кэВ	Узкий пучок монохроматического рентгеновского излучения падает на рассеивающее вещество. Длины волн рассеянного под углами q1=600 и q2=1200 излучения отличаются в 1,5 раза. Определить длину волны падающего излучения, если рассеяние происходит на свободных электронах. 3. 3,64 пм Узкий пучок монохроматического рентгеновского излучения падает на рассеивающее вещество. Оказывается, что длины волн, рассеянного под углами θ1=60˚ и θ2=120˚ излучения различаются в 1,5 раза. Определите длину волны падающего излучения, предполагая, что рассеяние происходит на свободных электронах. 3.3,64 пм Фотон рассеялся под углом θ=120˚ на первоначально покоившемся свободном электроне. Определить энергию фотона, если энергия рассеянного фотона равна 0,144МэВ.2) hν =250 КэВ; 2) W = hc  К /  ( +  К ) Фотон с длиной волны  испытал комптоновское перпендикулярное рассеяние на покоящемся свободном электроне. Комптоновская длина волны  К. Найти энергию электрона отдачи. 4) p = h * sqrt ((1/  )2+(1/( +  К ))2) Фотон с длиной волны λ=6 пм рассеялся под прямым углом па покоившемся свободном электроне. Найти длину волны рассеянного фотона. 2) 8.4 пм Фотон с длиной волны λ = 5 пм испытывал комптоновское рассеяние под углом υ = 90 0 на первоначально покоившемся свободном электроне. Определите изменение длины волны при рассеянии. 1) 2,43 пм Фотон с длиной волны λ = 5 пм испытал комптоновское рассеяние под углом Θ = 60°. Определите изменение длины волны при рассеянии (Λ - комптоновская длина волны). 2) Δλ=Λ/2 Фотон с длиной волны λ = 5 пм испытывал комптоновское рассеяние под углом υ = 90 0 на первоначально покоившемся свободном электроне. Определите энергию электрона отдачи. 3) 81 кэВ Фотон с длиной волны λ = 5 пм испытывал комптоновское рассеяние под углом υ = 90 0 на первоначально покоившемся свободном электроне. Определите импульс электрона отдачи. 4) 1,6 *10 -22 кг*м/с Фотон, испытав столкновение со свободным электроном, рассеялся под углом 180º. Найти Комптоновское смещение длины волны рассеянного фотона (в пм):3. 4.852 Фотон с длиной волны100пм, рассеялся под углом 180º на свободном электроне. Найти кинетическую энергию отдачи (в эВ):4. 580 Фотон с длиной волны 8пм, рассеялся под прямым углом на покоившемся свободном электроне. Найти кинетическую энергию отдачи (в кэВ): 2. 155 Фотон с длиной волны λ = 5 пм испытал комптоновское рассеяние под углом Θ = 60° Определите изменение длины волны при рассеянии. Λ - комптоновская длина волны 2. Δλ = ½*Λ Фотон с импульсом р=1.02 МэВ/с, с – скорость света, рассеялся под углом 120º на покоившемся свободном электроне. Как изменится импульс фотона в результате рассеивания. 4. уменьшится на 0.765 МэВ/с Фотон с энергией hν=250 КэВ рассеялся под углом θ=120˚ на первоначально покоившемся свободном электроне. Определить энергию рассеянного фотона.3) 0,144 МэВ Фотон с энергией =1,025 МэВ рассеялся на покоящемся свободном электроне. Длина волны рассеянного фотона оказалась равной комптоновской длине волны К =2,43 пм. Найти угол рассеяния . 5) 60 0 Фотон с энергией =0,25 МэВ рассеялся на покоящемся свободном электроне. Определить кинетическую энергию электрона отдачи T e , если длина волны рассеянного фотона изменилась на 20%. 1) T e =41,7 кэВ Фотон с энергией Е=6.4*10 -34 Дж рассеялся под углом =90 0 на свободном электроне. Определить энергию Е’ рассеянного фотона и кинематическую энергию Т электрона отдачи.(h=6.626*10 -34 Дж*с,  с =2,426 пм, с=3*10 8 м/с). 5. нет правильного ответа Фотон с энергией Е=4*10 -14 Дж рассеялся на свободном электроне. Энергия Е=3,2*10 -14 Дж. Определить угол рассеивания . (h=6.626*10 -34 Дж*с,  с =2,426 пм, с=3*10 8 м/с) . 4. 3,2* 10 -14 Эффектом Комптона называется… 1. упругое рассеяние коротковолнового электро-магнитного излучения на свободных электронах вещества, сопровождающееся увеличением длины волны

Поляризация

1) Магнитное вращение плоскости поляризации определяется по следующей формуле. 4

2) Определите толщину кварцевой пластинки, для которой угол поворота плоскости поляризации 180. Удельное вращение в кварце для данной длины волны 0,52 рад/мм. 3

3) Плоскополяризованный свет, длина волны которого в вакууме 600 нм, падает на пластинку исландского шпата, перпендикулярно его оптической оси. Показатели преломления для обыкновенных и необыкновенных лучей соответственно 1,66 и 1,49. Определить длину волны обыкновенного луча в кристалле. 3

4) Некоторое вещество поместили в продольное магнитное поле соленоида, расположенного между двумя поляризаторами. Длина трубки с веществом l. Найти постоянную Верде, если при напряженности поля Н угол поворота плоскости поляризации для одного направления поля и для противоположного направления поля. 4

5) Монохроматический плоскополяризованный свет с круговой частотой проходит через вещество вдоль одродного магнитного поля с напряженностью Н. Найти разность показателей преломления для право- и левополяризованных по кругу компонент светового пучка, если постоянная Верде равна V. 1

6) Найти угол между главными плоскостями поляризатора и анализатора, если интенсивность естественного света, проходящего через поляризатор и анализатор, уменьшается в 4 раза. 45

7) На анализатор падает линейно-поляризованный свет интенсивности I0, вектор E0 которого составляет угол 30 с плоскостью пропускания. Какую долю падающего света пропускает анализатор? 0,75

8) Если пропустить естественный свет через два поляризатора, главные плоскости которых образуют угол, то интенсивность этого света I=1/2 *Iест*cos^2(a). Чему равна интенсивность плоскополяризованного света, который выйдет из первого поляризатора? 1

9) Естественный свет проходит через два поляризатора, главные плоскости которых образуют угол а между собой. Чему равна интенсивность плоскополяризованного света, который выйдет из второго поляризатора? 4

10) Угол между главными плоскостями поляризатора и анализатора составляет 60. Определите изменение интенсивности света, прошедшего через них, если угол между главными плоскостями станет равным 45. 2

11) Пучок естественного света падает на систему из 6 поляризаторов, плоскость пропускания каждого из которых повернута на угол 30 относительно плоскости пропускания предыдущего поляризатора. Какая часть светового потока проходит через эту систему? 12

12) Пластинка кварца толщиной 2 мм, вырезана перпендикулярно оптической оси кристалла, поворачивает плоскость поляризации монохроматического света определенной длины волны на угол 30. Определить толщину кварцевой пластины помещенной между параллельными николями, чтобы данный монохроматический свет гасился. 3

13) Естественный свет проходит через поляризатор и анализатор, поставленные так, что угол между их главными плоскостями равен фи. Как поляризатор, так и анализатор поглощают и отражают 8% падающего на них света. Оказалось, что интенсивность луча, вышедшего из анализатора, равна 9% интенсивности естественного света, падающего на поляризатор. 62

14) При сложении двух линейно поляризованных световых волн, колеблющихся в перпендикулярных направления со сдвигом фаз... 3

15) В каких случаях при прохождении света через анализатор применим закон Малюса? 2

16) Какие типы волн обладают свойством поляризации? 3

17) К какому типу волн относятся электромагнитные? 2

18) Определить интенсивность отраженного света, если колебания светового вектора падающего света перпендикулярны плоскости падения. 1

19) Свет падает на границу раздела двух сред с показателями преломления n1 и n2 соответсвенно. Угол падения обозначим a и пусть n1>n2. Полное отражение света возникает при... 2

20) Определить интенсивность отраженного света, у которого колебания светового вектора лежат в плоскости падения. 5

21) Кристаллическая пластинка, создающая разность фаз между обыкновенными и необыкновенными лучами, помещена между двумя поляризаторами. Угол между плоскостью пропускания поляризаторов и оптической осью пластинки 45. При этом интенсивность света, прошедшего через поляризатор, окажется максимальной при следующих условиях... 1

22) Какие утверждения о частично поляризованном свете являются верными? 3

23) Какие утверждения о плоскополяризованном свете являются верными? 3

24) На пути пучка естественного света поставлены два поляризатора, оси поляризаторов ориентированы параллельно. Как ориентированы векторы Е и В в пучке света, выходящем из второго поляризатора? 1

25) Какие из приведенных ниже утверждений справедливы только для плоско поляризованных электромагнитных волн? 3

26) Какие из приведенных ниже утверждений справедливы как для плоско поляризованных электромагнитных волн, так и для неполяризованных? 4

27) Определить разность хода для пластинки в четверть волны, вырезанной параллельно оптической оси? 1

28) Чему равна разность показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лучей в направлении, перпендикулярном оптической оси в случае деформации. 1

29) Параллельный пучок света падает нормально на пластинку из исладского шпата толщиной 50 мм, вырезанную параллельно оптической оси. Принимая показатели преломления исландского шпата для обыкновенных и необыкновенных лучей соответственно 1,66 и 1,49, определите разность хода этих лучей, прошедших через эту пластинку. 1

30) Линейно поляризованный световой пучок падает на поляризатор, вращающийся вокруг оси пучка с угловой скоростью 27 рад/с. Поток энергии в падающем пучке 4 мВт. Найти световую энергию, проходящую через поляризатор за один оборот. 2

31) Пучок поляризованного света (лямбда=589нм) падает на пластинку исландского шпата. Найти длину волны обыкновенного луча в кристалле, если его показатель преломления 1,66. 355

32) Линейно-поляризованный световой пучок падает на поляризатор, плоскость пропускания которого вращается вокруг оси пучка с угловой скоростью w. Найти световую энергию W, проходящую через поляризатор за один оборот, если поток энергии в падающем пучке равен фи. 1

33) Пучок плоскополяризованного света (лямбла=640нм) падает на пластинку исландского шпата перпендикулярно к его оптической оси. Найти длины волн обыкновенного и необыкновенного лучей в кристалле, если показатель преломления исландского шпата для обыкновенного и необыкновенного лучей равны 1,66 и 1,49. 1

34) Плоскополяризованный свет падает на анализатор, вращающийся вокруг оси луча с угловой скоростью 21 рад/с. Найти световую энергию, проходящую через анализатор за один оборот. Интенсивность поляризованного света равна 4 Вт. 4

35) Определите разность показателя преломления обыкновенного и необыкновенного лучей вещества, если наименьшая толщина кристаллической пластинки в полволны, сделанной из этого вещества, для лямбда0=560 нм составляет 28 мкм. 0,01

36) Плоскополяризованный свет, с длиной волны лямбда=589 нм в вакууме, падает на пластинку кристалла перпендикулярно его оптической оси. Найтив нм (по модулю) разность длин волн в кристалле, если показатель преломления обыкновенного и необыкновенного лучей в нем соответственно 1,66 и 1,49. 40

37) Определить наименьшую толщину кристаллической пластинки в полволны для лямбда=589 нм, если разность показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лучей для данной длины волны 0,17. 1,73

38) Параллельный пучок света падает нормально на пластинку из исландского шпата толщиной 50 мм, вырезанную параллельно оптической оси. Принимая показатели преломления обыкновенного и необыкновенного лучей соответственно 1,66 и 1,49, определите разность хода лучей, прошедших через платсинку. 8,5

39) Определить разность хода для пластинки в полволны, вырезанной параллельно оптической оси? 2

40) Линейно поляризованный световой пучок падает на поляризатор, плоскость пропускания которого вращается вокруг оси пучка с угловой скоростью 20. Найти световую энергию W, проходящую через поляризатор за один оборот, если мощность падающего пучка равна 3 Вт. 4

41) Пучок естественного света падает на стеклянную призму с углом при основании 32 (см. рисунок). Определите показатель преломления стекла, если отраженный луч является плоскополяризованным. 2

42) Определите, под каким углом к горизонту должно находиться Солнце, чтобы лучи, отраженные от поврехности озера (n=1.33), были максимально поляризованы. 2

43) Естественный свет падает на стекло с показателем преломления n=1,73. Определите угол преломления с точностью до градуса, при котором отраженный от стекла свет полностью поляризован. 30

44) Найти показатель преломления n стекла, если при отражении от него света отраженный луч будет полностью поляризован при угле преломления 35. 1,43

45) Найти угол полной поляризации при отражении света от стекла, показатель преломления которого n=1,57 57,5

46) Отраженный от диэлектрика с показателем преломления n пучок света поляризуется полностью, когда отраженный луч с преломленным лучом образует угол 90. При каком угле падения достигается полная поляризация отраженного света? 3

47) Луч света падает на поверхность воды (n=1.33). Определить угол преломления с точностью до градуса, если отраженный луч полностью поляризован. 37

48) В каком случае возможно неточное выполнение закона Брюстера? 4

49) На поверхность стеклянной пластинки с показателей преломления n1=1,52, помещенной в жидкость, падает естественный луч света. Отраженный луч составляет угол 100 с падающим и полностью поляризован. Определить показатель преломления жидкости. 1,27

50) Определить скорость распространения света в стекле, если при падении света из воздуха на стекло угол падения, соответствующий полной поляризации отраженного луча 58. 1

51) Угол полного внутреннего отражения на границе раздела "стекло-воздух" 42. Найти угол падения луча света из воздуха на поверхность стекла, при котором луч полностью поляризован с точностью до градуса. 56

52) Определить показатель преломления среды с точностью до второго знака, при отражении от которой под углом 57 свет будет полностью поляризованным. 1,54

53) Найти показатель преломления стекла, если при отражении от него света отраженный луч полностью поляризован при угле преломления 35. 1,43

54) Пучок естественного света падает на стеклянную призму, как показано на рисунке. Угол при основании призмы 30. Определите показатель преломления стекла, если отраженный луч является плоскополяризованным. 1,73

55) Определите, под каким углом к горизонту должно находиться Солнце, чтобы лучи, отраженные от поверхности озера (n=1,33), были максимально поляризованы. 37

56) Пучок естественного света падает на стеклянную призму с углом при основании а (см. рисунок). Показатель преломления стекла n=1,28. Найти угол а с точностью до градуса, если отраженный луч является плоскополяризованным. 38

57) Определите показатель преломления стекла, если при отражении от него света отраженный луч полностью поляризован при угле преломления. 4

58) На поверхности воды под углом Брюстера падает пучок плоскополяризованного света. Его плоскость поляризации составляет угол 45 с плокостью падения. Найти коэффициент отражения. 3

59) Определите показатель преломления стекла, если при отражении от него света отраженный луч полностью поляризован при угле паденич 55. 4

60) Степень поляризации частично поляризованного света составляет 0,2. Определите отношение максимальной интенсивности пропускаемого анализатором света к минимальной. 1,5

61) Чему равны Imax, Imin, P для плоскополяризованного света, где... 1

62) Определите стпень поляризации частично поляризованного света, если амплитуда светового вектора, соответствующая максимальной интенсивности света, в два раза больше амплитуды, соответствующей минимальной интенсивности. 0,6

63) Определите стпень поляризации частично поляризованного света, если амплитуда светового вектора, соответствующая максимальной интенсивности света, в три раза больше амплитуды, соответствующей максимальной интенсивности. 1

64) Степень поляризации частично поляризованного света составляетт 0,75. Определите отношение максимальной интенсивности пропусаемого анализатором света к минимальной. 1

65) Определите степень поляризации P света, который представляет собой смесь естественного света с плоскополяризованным, если интенсивность поляризованного света в 3 раза больше интенсивности естественного. 3

66) Определите степень поляризации P света, который представляет собой смесь естественного света с плоскополяризованным, если интенсивность поляризованного света в 4 раза больше интенсивности естественного. 2

67) Естественный свет падает под углом Брюстера на поверхность воды. При этом часть падающего света отражается. Найти степень поляризации преломленного света. 1

68) Естественный свет падает под углом Брюстера на поверхность стекла (n=1,5). Определить коэффициент отражения в процентах. 7

69) Естественный свет падает под углом Брюстера на поверхность стекла (n=1,6). Определить с помощью формул Френеля коэффициент отражения в процентах. 10

70) Определить с помощью формул Френеля коэффициент отражения естественного света при нормальном падении на поверхность стекла (n=1,50). 3

71) Коэффициент отражения естественного света при нормальном падении на поверхность стеклянной пластинки равен 4%. Чему равен показатель преломления пластинки? 3

72) Степень поляризации частично поляризованного света P=0,25. Найти отношение интенсивности поляризованной составляющей этого света к интенсивности естественной составляющей. 0,33

73) Определите степень поляризации P света, который представляет собой смесь естественного света с плоскополяризованным, если интенсивность поляризованного света равна интенсивности естественного. 4

74) Степень поляризации частично поляризованного света P=0,75. Найти отношение интенсивности поляризованной составляющей этого света к интенсивности естественной составляющей. 3

75) Определите степень поляризации P света, который представляет собой смесь естественного света с плоскополяризованным, если интенсивность поляризованного света равна половине интенсивности естественного. 0,33

76) Узкий пучок естественного света проходит через газ из оптически изотропных молекул. Найти степень поляризации света, рассеянного под углом а к пучку. 1

ПОЛЯРИЗАЦИЯ Пучок естественного света падает на полированную поверхность стеклянной (n=1.5) пластины, погруженной в жидкость. Отраженныйр от пластины пучок света составляет угол φ=970 с падающим пучком.Определить показатель преломления n жидкости, если отраженный свет полностью поляризован. Ответ: 1. n=1,33. Пучок естественного света падает на стеклянную призму с углом преломления =30. Определите показатель преломления стекла, если отраженный луч является плоскополяризованным. Ответ: 1. n =1,73. Пучок поляризованного света (=589нм) падает на пластинку исландского шпата перпендикулярно к его оптической оси. Найти длину волны  о обыкновенного луча в кристалле, если показатель преломления исландского шпата для обыкновенного луча n о =1,66. Ответ: 2. 355 нм.	А) Определить угол падения света на поверхность воды (n=1,33), при котором отраженный свет будет плоскополяризованным. Б) Определить угол преломленного света. Ответ: 2. а) 53  ; б) 37  . Анализатор в 4 раза ослабляет интенсивность падающего на него из поляризатора поляризованного света. Каков угол между главными плоскостями поляризатора и анализатора? Ответ: 3 . 60  . В каком из ниже перечисленных случаев будет наблюдаться явление поляризации: Ответ: 1. При прохождении поперечных волн через анизотропную среду. Угол между главными плоскостями поляризатора и анализатора составляет  1 =30. Определите изменение интенсивности прошедшего через них света, если угол между главными плоскостями равен  2 =45. Ответ: 3. I 1 / I 2 =1,5.	Возможно наблюдение интерференции в естественном свете, представляющем собой смесь различно ориентированных волн, так как: а) в интерференционном опыте мы заставляем встретиться волны, посланные почти одновременно одним и тем же атомом. б) интерференция происходит между частями одной и той же поляризованной волны. Ответ: 2. а) да; б) да. Выберите верное утверждение относительно степени поляризации P и типа преломленной волны при угле падения B равном углу Брюстера. Ответ: 3. Степень поляризации P - максимальна: преломленная волна - частично поляризована. Выберите условия необходимые для возникновения двойного лучепреломления при прохождении света через поляризатор. Ответ: б) луч света до преломления частично-поляризован и поляризатор анизотропен; в) луч света до преломления полностью неполяризован и поляризатор анизотропен.
Естественный монохроматический свет падает на систему из двух скрещенных поляризаторов, между которыми находится кварцевая пластинка, вырезанная перпендикулярно к оптической оси. Найти минимальную толщину пластинки, при которой эта система будет пропускать h=0,30 светового потока, если постоянная вращения кварца a=17 угл. град/мм. Ответ: 4. 3,0 мм. Естественный свет падает под углом Брюстера на поверхность воды. При этом часть падающего света  отражается. Найти степень поляризации преломленного света. Ответ: 1. r /(1- r ) . Естественный свет падает под углом Брюстера на поверхность стекла (n=1,5). Определить коэффициент отражения в данном случае. Ответ: 2. 7%.	Какие из следующих утверждений верны для естественного света, полученного от теплового источника: Ответ: 1. Начальные фазы электромагнитных волн, испускаемых тепловым источником, разные. 2. Частоты электромагнитных волн, испускаемых тепловым источником различные. 4. Электромагнитные волны испускаются разными точками поверхности теплового источника в разных направлениях. Какие утверждения о частично поляризованном свете являются верными? Ответ: а) Характеризуется тем, что одно из направлений колебаний оказывается преимущественным. в) Такой свет можно рассматривать как смесь естественного и поляризованного светов. Каковы степени поляризации для плоскополяризованного света Р 1 и естественного света Р 2 ? Ответ: 2. Р 1 =1 ; Р 2 =0.	Линейно-поляризованный световой пучок падает на поляризатор, плоскость пропускания которого вращается вокруг оси пучка с угловой скоростью ω. Найти световую энергию W, проходящую через поляризатор за один оборот, если поток энергии в падающем пучке равен . Ответ : 1. W=pi×fi/w. Магнитное вращение плоскости поляризатора определяется по следующей формуле: Ответ: 4.  = V × B × l . На анализатор падает линейно-поляризованный свет, вектор Е которого составляет угол =30 0 с плоскостью пропускания. Найти интенсивность прошедшего света. Ответ: 2. 0,75; I 1 . На пути пучка естественного света поставлены два поляризатора, оси поляризаторов ориентированы взаимно перпендикулярно. Как ориентированы векторы Е и Вв пучке света, выходящем из второго поляризатора? Ответ: 4. Модули векторов Е и В равны 0.
На рисунке показана поверхность лучевых скоростей одноосного кристалла. Определить: 1. Соизмеримость скоростей распространения обыкновенного и необыкновенного. 2. Положительный или отрицательный одноосный кристалл. Ответ: 3. v e > v o , отрицательный. Найти показатель преломления n стекла, если при отражении от него света отраженный луч будет полностью поляризован при угле преломления =30. Ответ: 3. n =1,73. Найти угол φ между главными плоскостями поляризатора и анализатора, если интенсивность естественного света, проходящего через поляризатор и анализатор, уменьшается в 3 раза. Ответ: 3. 35˚. Найти угол φ между главными плоскостями поляризатора и анализатора, если интенсивность естественного света, проходящего через поляризатор и анализатор, уменьшается в 4 раза. Ответ: 3. 45  .	Найти угол i Б полной поляризации при отражении света от стекла, показатель преломления которого n=1.57. Ответ: 1. 57,5  . Неполяризованный свет проходит через два поляроида. Ось одного из них вертикальна, а ось другого образует с вертикалью угол 60. Какова интенсивность прошедшего света? Ответ: 2. I =1/8 I 0 . Обыкновенный луч света падает на поляроид, и в нем происходит двойное лучепреломление. Какой из нижеприведенных законов справедлив при двойном лучепреломлении для необыкновенного луча? O - обыкновенный луч. E - необыкновенный луч. Ответ : 1. sinA/sinB=n 2 /n 1 =const. Обыкновенный луч света падает на поляроид, и в нем происходит двойное лучепреломление. Какой из нижеприведенных законов справедлив при двойном лучепреломлении для обыкновенного луча? O - обыкновенный луч. E - необыкновенный луч. Ответ : 3. sinA/sinB=f(A)#const.	Определить наименьшую толщину кристаллической пластинки в полволны для λ=640 нм, если разность показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лучей для данной длины волны n0-ne=0.17? Ответ: 3. d=1,88 мкм. Определите показатель преломления стекла, если при отражении от него света отраженный луч полностью поляризован при угле преломления . Ответ: 4. n = sin (90  -  )/ sin  . Определите показатель преломления стекла, если при отражении от него света отраженный луч полностью поляризован при угле в =35. Ответ: 4. 1,43. Определите, под каким углом к горизонту должно находиться Солнце, чтобы лучи, отраженные от поверхности озера (n=1.33), были максимально поляризованы. Ответ: 2. 36 ° .
Определите, под каким углом к горизонту должно находиться солнце, чтобы его лучи, отраженные от поверхности воды, были полностью поляризованы (n=1.33). Ответ: 4. 37°. Определите степень поляризации Р света, который представляет собой смесь естественного света с плоскополяризованным, если интенсивность поляризованного света равна интенсивности естественного. Ответ: 4. 0,5 Определите степень поляризации Р света, который представляет собой смесь естественного света с плоскополяризованным, если интенсивность поляризованного света в 5 раз больше интенсивности естественного. Ответ: 2. 0,833. Степень поляризации частично поляризованного света составляет 0.75. Определите отношение максимальной интенсивности пропускаемого анализатором света к минимальной. Ответ: 1. 7. Предельный угол полного внутреннего отражения для некоторого вещества i=45 0 . Найти для этого вещества угол Брюстераiб полной поляризации. Ответ: 3. 55 0 . Степень поляризации частично поляризованного света Р= 0,1. Найти отношение интенсивной поляризованной составляющей к интенсивной естественной составляющей. Ответ: 1. 1/9.	Оценить отношение максимальной интенсивности световой волны, пропускаемой анализатором, к минимальной, при условии, что степень поляризации частично поляризованного света составляет 0,5. Ответ: 2. 3. Параллельный пучок света падает нормально на пластинку из исландского шпата толщиной 50мм, вырезанную параллельно оптической оси. Принимая показатели преломления исландского шпата для обыкновенных и необыкновенных лучей соответственно N o =1.66 и N e =1.49, определите разность хода этих лучей, прошедших через эту пластинку. Ответ: 1. 8,5 мкм. Пластинка кварца толщиной d 1 =2 мм, вырезана перпендикулярно оптической оси кристалла, проворачивает плоскость поляризации монохроматического света определенной длины волны на угол  1 =30 0 . Определить толщину d 2 кварцевой пластины, помещенной между параллельными никелями, чтобы данный монохроматический свет гасился полностью. Ответ: 3. 6 мм. Степень поляризации частично поляризованного света Р = 0,25. Найти отношение интенсивности поляризованной составляющей этого света к интенсивности естественной составляющей. Ответ: 4. 0,3. Степень поляризации частично поляризованного света составляет 0.5. Определите отношение максимальной интенсивности пропускаемого анализатором света к минимальной. Ответ: 1. 3.	Плоский пучок естественного света с интенсивностью I 0 падает под углом Брюстера на поверхность воды. Показатель преломления n=4/3 . Какова степень отражения светового потока, если интенсивность преломленного света уменьшается в 1,4 раза по сравнению с I 0 . Ответ: 1. ρ=0,047. Поляризатор и анализатор поглощают 2% падающего на них света. Интенсивность луча, вышедшего из анализатора равна 24% интенсивности естественного света, падающего на поляризатор. Найдите угол φ между главными плоскостями поляризатора и анализатора. Ответ: 1. 45  . Степень поляризации частично поляризованного света Р=0,1. Найти отношение интенсивной естественной составляющей к интенсивной поляризованной составляющей. Ответ: 1. 9. Степень поляризации частично поляризованного света равна P=0,25. Найти отношение интенсивности поляризованной составляющей этого света к интенсивности естественной составляющей. Ответ: 3. I пол / I ест = p /(1- p ). Определите степень поляризации частично поляризованного света, если амплитуда светового вектора, соответствующая максимальной интенсивности света, в три раза больше амплитуды, соответствующей минимальной интенсивности. Ответ: 1. 0,8.

3) Серое тело - это... 2

5) На рис. приведены графики зависимости спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела от длины волны излучения при разных температурах Т1 и Т2, причем T1>

Квантовая механика

квантовая механика

8) Частица с зарядом Q и массой покоя m0 разгоняется в электрическом поле, пройдя разность потенциалов U. Может ли длина волны де Бройля частицы быть меньше ее длины волны Комптона. (Может, если QU>0,41m0*c^2)

10) Определить, при каком числовом значении скорости длина волны де Бройля для электрона равна его комптоновской длине волны. (2,12е8. лямбда(с)=2pi*h/m0*c; лямбда=2pi*h*sqrt(1-v^2/c^2)/m0*v; лямбда(с)=лямбда; 1/c=sqrt(1-v^2/c^2)/v; v^2=c^2*(1-v^2/c^2); v^2=c^2-v^2; v=c/sqrt(2); v=2,12e8 м/с)

<=x<=1. Используя условие нормировки, определите нормировочный множитель. (A=sqrt(2/l))

>Dпр)

32) Соотношение неопределенностей для энергии и времени означает, что (время жизни состояния системы (частицы) и неопределенность энергии этого состояния отношений >=h)

35) Какое из приведенных ниже соотношений не является соотношением Гейзенберга. (VEV(x)>=h)

квантовая механика

1) Кинетическая энергия движущегося электрона равна 0,6 МэВ. Определить длину волны де Бройля электрона. (1.44 пм; 0,6 МэВ = 9,613*10^-14 Дж; лямбда=2pi*h/(sqrt(2mT))=1.44 пм)

2) Найти длину волны де Бройля для протона, обладающего кинетической энергией 100 эВ. (2,86 пм. фи=h/sqrt(2m*E(k))=2.86 пм)

3) Кинетическая энергия нейтрона равна 1 кэВ. Определите длину волны де Бройля. (0,91 пм. 1кэВ=1600*10^-19 Дж. лямбда=2pi*h/sqrt(2m*T))=0,91пм)

4) а) Можно ли предтавить волну Де Бройля как волновой пакет? б) Как при этом будут связаны групповая скорость волнового пакета U и скорость частицы V? (нет, u=v)

5) Найти отношение комптоновской длины волны протона к длине волны Де Бройля для протона, движущегося со скоростью 3*10^6 м/с. (0,01. лямбда(c)=2pi*h/mc=h/mc; лямбда=2pi*h/sqrt(2m*T); лямбда(с)/фи=0,01)

6) Кинетические энергии двух электронов равны соответственно 3 КэВ и 4 КэВ. Определить отношение соответствующих им длин Де Бройля. (1,15. лямбда=2pi*h/sqrt(2mT); фи1/фи2=1,15)

7) Вычислите дебройлевскую длину волны мяча массой 0,2 кг, летящего со скоростью 15 м/с. (2,2*10^-34; лямбда=h/mv=2,2*10^-34)

8) Частица с зарядом Q и массой покоя m0 разгоняется в электрическом поле, пройдя разность потенциалов U. Может ли длина волны де Бройля частицы быть меньше ее длины волны Комптона. (Может, если QU>0,41m0*c^2)

9) Определить какую ускоряющую разность потенциалов должен пройти протон, чтобы длина волны де Бройля для него была 1 нм. (0,822 мВ. лямбда=2pi*h/sqrt(2m0*T); лямбда^2*2m0*T=4*pi^2*h^2; T=2*pi^2*h^2/лямбда^2*m0=2.39e-19; T=eU; U=T/e=2pi^2*h^2/лямбда^2*m0*e=0,822 мВ)

10) Определить, при каком числовом значении скорости длина волны де Бройля для электрона равна его комптоновской длине волны. (2,12е8. лямбда(с)=2pi*h/m0*c; лямбда=2pi*h*sqrt(1-v^2/c^2)/m0*v; лямбда(с)=лямбда; 1/c=sqrt(1-v^2/c^2)/v; v^2=c^2*(1-v^2/c^2); v^2=c^2-v^2; v=c/sqrt(2); v=2,12e8 м/с)

11) Определить минимально вероятную энергию для квантовой частицы, находящейся в бесконечно глубокой потенциальной яме шириной а. (E=h^2/8ma^2)

12) Частица массы m находится в одномерной потенциальной прямоугольной яме с бесконечно высокими стенками. Найти число dN энергетических уровней в интервале энергией (E, E+dE), если уровни расположены весьма густо. (dN=l/pi*n*sqrt(m/2E)dE)

13) Квантовая частица находится в бесконечно глубокой потенциальной яме шириной L. В каких точках нахождения электрона на первом (n=1) энергетическом уровне функция максимальна. (x=L/2)

14) Квантовая частица находится в бесконечно глубокой потенциальной яме шириной а. В каких точках третьего энергетического уровня частица находиться не может. (a, b, d, e)

15) Частица находится в бесконечно глубокой яме. На каком энергетическом уровне ее энергия определена как 2h^2/ml^2? (4)

16) Волновая функция пси(x)=Asin(2pi*x/l) определена только в области 0<=x<=1. Используя условие нормировки, определите норировочный множитель. (A=sqrt(2/l))

17) Частица находится в основном в состоянии (n=1) в одномерной бесконечной глубокой потенциальной яме шириной лямбда с абсолютно непроницаемыми стенками (0

18) Частица находится в одномерной прямоугольной потенциальной яме с бесконечно высокими стенками. Найти квантовое число энергетического уровня частицы, если интервалы энергии до соседних с ними уровней (верхнего и нижнего) относятся как n:1, где n=1,4. (2.)

19) Определите длину волны фотона, испускаемого при переходе электрона в одномерной прямоугольной потенциальной яме с бесконечно высокими стенками шириной 1 из состояния 2 в состояние с наименьшей энергией. (лямбда=8cml^2/3h.)

20) Электрон наталкивается на потенциальный барьер конечной высоты. При каком значении энергии электрона он не пройдет через потенциальный барьер высотой U0. (нет верных ответов)

21) Закончите определение: Туннельный эффект - это явление, при котором квантовая частица проходит через потенциальный барьер при (E

22) Коэффициент прозрачности потенциального барьера - (отношение плотности потока прошедших частиц к плотности потока падающих)

23) Чему будет равен коэффициент прозрачности потенциального барьера, если увеличить его ширину в два раза? (D^2)

24) Частица массы m падает на прямоугольный потенциальный барьер, причем ее энергия E>Dпр)

25) Протон и электрон, обладая одинаковой энергией, движутся в положительном направлении оси Х и встречают на своем пути прямоугольный потенциальный барьер. Определите во сколько раз надо сузить потенциальный барьер, чтобы вероятность прохождения его протоном была такая же, как для электрона. (42,8)

26) Прямоугольный потенциальный барьер имеет ширину 0,3 нм. Определить разность энергий, при которой вероятность прохождения электрона сквозь барьер составляет 0,8. (5,13)

27) Электрон с энергией 25 эВ встречает на своемм пути низкую потенциальную ступень выссотой 9 эВ. Определить коэффициент преломления волн де Бройля на границе ступени. (0,8)

28) Протон с энергией 100 эВ изменения при проходжении потенциальной ступени длину волны де Бройля на 1%. Определить высоту потенциального барьера. (2)

29) Соотношение неопределенностей для координаты и импульса означает, что (можно одновременно измерить координаты и импульс частицы только с определенной точностью, причем произведение неопределенностей координаты и импульса должно быть не меньше h/2)

30) Оценить неопределенность скорости электрона в атоме водорода, полагая размер атома водорода 0,10 нм. (1,16*10^6)

31) Соотношение неопределенностей для координаты и импульса означает, что (можно одновременно измерить координаты и импульс частицы только с определенной точностью, причем произведение неопределенностей координаты и импульса должна быть не меньше h/2)

32) Соотношение неопределенностей для энергии и времени означает, что (время жизни состояния системы (частицы) и неопределенность энергии этого состояния отношений >=h)

33) Соотношение неопределенностей вытекает из (волновых свойств микрочастиц)

34) Средняя кинетическая энергия электрона в атоме равна 10 эВ. Каков порядок наименьшей погрешности, с которой можно вычислить координату электрона в атоме. (10^-10)

35) Какое из приведенных ниже соотношений не является соотношением Гейзенберга. (VEV(x)>=h)

36) Соотношение неопределенностей для координаты и импульса частицы означает, что (можно одновременно измерить координаты и импульс частицы только с определенной точностью, причем неопределенностей координаты и импульса должно быть не меньше h/2)

37) Выберите НЕВЕРНОЕ утверждение (при n=1 атом может находиться лишь очень малое количество времени n=1 первый энергетический уровень)

38) Определите отношение неопределенностей скорости электрона и пылинки массой 10^-12 кг, если их координаты установлены с точностью до 10^-5 м. (1,1*10^18)

39) Определить скорость электрона на третьей орбите атома водорода. (v=e^2/(12*pi*E0*h))

40) Вывести связь между радиусом круговой электронной орбиты и длиной волны де Бройля, где n - номер стационарной орбиты. (2pi*r=n*лямбда)

41) Определите энергию фотона, испускаемого при переходе электрона в атоме водорода с третьего энергетического уровня на второй. (1,89 эВ)

42)Определите скорость электрона на третьей боровской орбите атома водорода. (0,731 мм/с)

43) Используя теорию Бора для водорода, определить скорость движения электрона в возбужденном состоянии при n=2. (1,14 мм/с)

44) Определить период обращения электрона, находящегося в атоме водорода в стационарном состоянии (0,15*10^-15)

45) Электрон выбит из атома водорода, находящегося в стационарном состоянии, фотоном, энергия которого 17,7. Определить скорость электрона за пределами атома. (1,2 мм/с)

46) Определить максимальную и минимальную энергии фотона в видимой серии спектра водорода (серии Больмера). (5/36hR, 1/4hR)

47) Вычислить для атома водорода радиус второй боровской орбиты и скорость электрона на ней. (2,12*10^-10, 1,09*10^6)

48) Используя теорию Бора, определить орбитальный магнитный момент электрона, движущегося по третьей орбите атома водорода. (2,8*10^-23)

49) Определить для иона He+ энергию связи электрона в основном состоянии. (54,5)

50) Основываясь на том, что энергия ионизации атома водорода равна 13,6 эВ, определить первый потенциал возбуждения этого атома. (10,2)

51) Электрон выбит из атома водорода, находящегося в основном состоянии, фотоном энергии e. Определить скорость электрона за пределами атома. (sqrt(2(E-Ei)/m))

52) Какую максимальную скорость должны иметь электроны, чтобы перевести ударом атом водорода из первого состояния в третье. (2,06)

53) Определите энергию фотона, испускаемого при переходе электрона в атоме водорода с третьего энергетического уровня на второй. (1,89)

54) На какую орбиту с основной перейдет электрон в атоме водорода при поглощении фотона с энергией 1,93*10^-18 Дж. (3)

55) В результате поглощения фотона электрон в атоме водорода перешел с первой боровской орбиты на вторую. Чему равна частота этого фотона? (2,5*10^15)

56) Электрон в атоме водорода переходит с одного энергетического уровня на другой. Какие переходы соответствуют поглощению энергии. (1,2,5)

57) Определить минимальную скорость электрона, необходимую для ионизации атома водорода, если потенциал ионизация атома водорода 13,6. (2,2*10^6)

58) При какой температуре атомы ртути имеют кинетическую энергию поступательного движения, достаточную для ионизации? Потенциал ионизации атома ртути 10,4 В. Молярная масса ртути 200,5 г/моль, универсальня газовая постоянная 8,31. (8*10^4)

59) Энергия связи электрона в основном состоянии атома Не равна 24,6 эВ. Найти энергию, необходимую для удаления обоих электронов из этого атома. (79)

60) С какой минимальной кинетической энергией должен двигаться атом водорода, чтобы при неупругом лобовом соударении с другим, покоящимся, атомом водорода один из них оказался способным испустить фотон. Предполагается, что до соударения оба атома находятся в основном состоянии. (20,4)

61) Определить первый потенциал возбуждения атома водорода, гда R - постоянная Ридберга. (3Rhc/4e)

62) Найти для атомов легкого и тяжелого водорода разность длин волн головных линий серии Лаймана. (33 пм)

1) Выберите правильное утверждение относительно способа излучения электромагнитных волн. 4

2) Абсолютно черное и серое тела, имеющие одинаковую площадь поверхности, нагреты до одинаковой температуры. Сравните потоки теплового излучения этих тел Ф0(черного) и Ф(серого). 2

3) Серое тело - это... 2

4) Ниже даны характеристики теплового излучения. Какая из них называется спектральной плотностью энергетической светимости? 3

5) На рис. приведены графики зависимости спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела от длины волны излучения при разных температурах Т1 и Т2, причем T1>T2. Какой из рисунков правильно учитывает законы теплового излучения? 1

6) Определите во сколько раз необходимо уменьшить термодинамическую температуру черного тела, чтобы его энергетическая светимость R ослабилась в 39 раз? 3

7) Абсолютно черное тело - это... 1

8) Может ли зависеть поглощательная способность серого тела от а)Частоты излучения б)Температуры? 3

9) При изучении звезды А и звезды В установлено соотношение масс, теряемых ими в единицу времени (дельта)mA=2(дельта)mB и их радиусов Ra=2.5Rb. Максимум энергии излучения звезды В соответствует волне лямбдаВ=0,55 мкм. Какой волне соответствует максимум энергии излучения звезды А? 1

10) Выберите верное утверждение. (абсолютно белое тело) 2

11) Найти длину волны лямбда0 света, соответствующую красной границе фотоэффекта для лития. (Работа выхода А=2,4 эВ). Постоянная Планка h=6,62*10^-34 Дж*с. 1

12) Найти длину волны лямбда0 света, соответствующую красной границе фотоэффекта для натрия. (Работа выхода А=2,3 эВ). Постоянная Планка h=6,62*10^-34 Дж*с. 1

13) Найти длину волны лямбда0 света, соответствующую красной границе фотоэффекта для калия. (Работа выхода А=2,0 эВ). Постоянная Планка h=6,62*10^-34 Дж*с. 3

14) Найти длину волны лямбда0 света, соответствующую красной границе фотоэффекта для цезия. (Работа выхода А=1,9 эВ). Постоянная Планка h=6,62*10^-34 Дж*с. 653

15) Длина волны света, соответствующая красной границе фотоэффекта, для некоторого металла лямбда0. Найти минимальную энергию фотона, вызывающего фотоэффект. 1

16) Длина волны света, соответствующая красной границе фотоэффекта, для некоторого металла лямбда0. Найти работу выхода А электрона из металла. 1

17) Длина волны света, соответствующая красной границе фотоэффекта для некоторого металла, равна лямбда0. Найти максимальную кинетическую энергию W электронов, вырываемых из металла светом с длиной волны лямбда. 1

18) Найти задерживающую разность поленциалов U для электронов, вырываемых при освещении некоторого вещества светом с длиной волны лямбда, где А - работа выхода для этого вещества. 1

19) Фотоны с энергией е вырываеют электроны из металла с работой выхода А. Найти максимальный импульс р, передаваемый поверхности металла при вылете каждого электрона. 3

20) Вакуумный фотоэлемент состоит из центрального катода (вольфрамового шарика) и анода (внутренней поверхности посеребренной изнутри колбы). Контактная разность потенциалов между электродами U0 ускоряет вылетающие электроны. Фотоэлемент освещается светом с длиной волны лямбда. Какую скорость v получат электроны, когда они долетят до анода, если не прикладывать между катодом и анодом разности потенциалов? 4

21) На рис. приведены графики зависимости максимальной энергии фотоэлектронов от энергии падающих на фотокатод фотонов. В каком случае материал катода фотоэлемента имеет меньшую работу выхода? 1

22) Уравнение Эйнштейна для много фотонного фотоэффекта имеет вид. 1

23) Определите максимальную скорость вылетающих из катода электронов, если U=3В. 1

24) Внешний фотоэффект - ... 1

25) Внутренний фотоэффект - ... 2

26) Вентильный фотоэффект - ... 1) заключается... 3

27) Определить скорость фотоэлектронов, вырываемых с поверхности серебра ультрафиолетовыми лучами (лямбда=0,15 мкм, m=9,1*10^-31 кг), если работа выхода равна 4,74 эВ. 3

28) Определить "красную границу" фотоэффекта для серебра, если работа выхода равна 4,74 эВ. 2

29) Красная граница фотоэффекта для металла (лямбда0) равна 550 нм. Найдите минимальное значение энергии фотона (Emin), вызывающего фотоэффект. 1

30) Работа выхода электрона с поверхности одного металла А1=1 эВ, а с другого - А2=2 эВ. Будет ли наблюдаться фотоэффект у этих металлов, если энергия фотонов падающего на них излучения равна 4,8*10^-19 Дж? 3

31) Вентильный фотоэффект - это... 1) возникновение... 1

32) На рисунке изображена вольт амперная характеристика фотоэффекта. Определите, какая кривая соответсвует большой освещенности катода, при одинаковой частоте света. 1

33) Определить максимальную скорость Vmax фотоэлектронов, вырываемых с поверхности серебра ультрафиолетовым излучением с длиной волны 0,155 мкм при работе выхода для серебра 4,7 эВ. 1

34) Комптоном было обнаружено, что оптическая разность между длиной волны рассеянного и падающего излучения зависит от... 3

35) Комптоновская длина волны (при рассеивании фотона на электроны) равна. 1

36) Определите длину волны рентгеновского излучения, если при комптоновском рассеянии этого излучения под углом 60 длина волны рассеянного излучения оказалась равной 57 пм. 5

37) Фотон с длиной волны 5 пм испытал комптоновское рассеяние под углом 60. Определите изменение длины волны при рассеянии. 2

38) Какой была длина волны рентгеновского излучения, если при рассеянии этого излучения некоторым веществом под углом 60, длина волны рассеянных рентгеновских лучей составляет 4*10^-11 м.

39) Верны ли утверждения: а) рассеяние происходит при взаимодействии фотона со свободным электроном, а фотоэффект - при взаимодействии со связанными электронами б) поглощение фотона свободным электроном невозможно, так как этот процесс находится в противоречии с законами сохранения импульса и энергии. 3

40) На рисунке 3 представлена векторная диаграмма комптоновского рассеяния. Какой из векторов представляет импульс рассеянного фотона? 2

41) Направленный монохроматический световой поток Ф падает под углом 30 на абсолютно черную (А) и зеркальную (В) пластинки (рис. 4). Сравните давление света на пластинках А и В соответственно, если пластинки закреплены. 3

42) Какое из приведенных ниже выражений является формулой, экспериментально полученной Комптоном? 1

43) Может ли свободный электрон поглотить фотон? 2

44) Фотон с энергией 0,12 МэВ рассеялся на первоначально покоившемся свободном электроне. Известно, что длина волны рассеянного фотона изменилась на 10%. Определите кинетическую энергию электрона отдачи(Т). 1

45) Рентгеновское излучение длиной волны 55,8 пм рассеивается плиткой графита (комптон-эффект). Определить длину волны света, рассеянного под углом 60 к направлению падающего пучка света. 1

85) В опыте Юнга отверстие освещается монохромным светом (лямбда=600 нм). Расстояние между отверстиями d=1 нм, расстояние от отверстий до экрана L=3 м. Найти положение трех первых светлых полос. 4

86) Установка для получения колец Ньютона освещается монохроматическим светом, падающим нормально. Длина световой волны лямбда=400 нм. Чему равна толщина воздушного клина между линзой и стеклянной пластиной для третьего светлого кольца в отраженном свете? 3

87) В опыте Юнга (интерференция света от двух узких щелей) на пути одного из интерферирующих лучей помещалась тонкая стеклянная пластинка, вследствие чего центральная светлая полоса смещалась в положение, первоначально занятое пятой светлой полосой (не считая центральной). Луч падает перпендикулярно к поверхности пластинки. Показатель преломления пластинки n=1,5. Длина волны лямбда=600 нм. Какова толщина h пластинки? 2

88) Установка для наблюдения колец Ньютона освещается монохроматическим светом с длиной волны лямбда=0,6 мкм, падающим нормально. Наблюдение ведется в отраженном свете. Радиус кривизны линзы R=4 м. Определите показатель преломления жидкости, которой заполнено пространство между линзой и стеклянной пластиной, если радиус третьего светлого кольца r=2,1 мм. Известно, что показатель преломления жидкости меньше, чем у стекла. 3

89) Определить длину отрезка l1, на котором укладывается столько же длин волн монохроматического света в вакууме, сколько их укладывается на торезке l2=5 мм в стекле. Показатель преломления стекла n2=1,5. 3 http://ivandriver.blogspot.ru/2015/01/l1-l25-n15.html

90) На толстую стеклянную пластину, покрытую очень тонкой пленкой, показатель преломления вещества которой n=1,4, падает нормально параллельный пучок монохроматического света (лямбда=0,6 мкм). При какой минимальной толщине пленки отраженный свет будет максимально ослаблен? 3

91) Какой должна быть допустимая ширина щелей d0 в опыте Юнга, чтобы на экране, расположенном на расстоянии L от щелей была видна интерференционная картина. Расстояние между щелями d, длина волны лямбда0. 1

92) Точечный источник излучения содержит длины волн в интервале от лямбда1=480 нм до лямбда2=500 нм. Оцените длину когерентности для этого излучения. 1

93) Определить, во сколько раз изменится ширина интерференционных полос на экране в опыте с зеркалами Френеля, если фиолетовый светофильтр (0,4 мкм) заменить красным (0,7 мкм). max: дельта=+-m*лямбда, дельта=xd/l, xd/l=+-m*лямбда, x=+-(ml/d)*лямбда, дельта x=(ml*лямбда/d)-((m-1)l*лямбда/d)=l*лямбда/d, дельта х1/дельта х2=лямбда2/лямбда1 = 1,75 (1)

94) В установке Юнга расстояние между щелями 1,5 мм, а экран расположен на расстоянии 2 м от щелей. Определить расстояние между интерференционными полосами на экране, если длина волны монохроматического света 670 нм. 3

95) Два когерентных луча (лямбда=589 нм) максимально усиливают друг друга в некоторой точке. На пути одного из них поставили нормально мыльную пленку (n=1,33). При какой наименьшей толщине d мыльной пленки эти когерентные лучи максимально ослабят друг друга в некоторой точке. 3

96) Установка для получения колец Ньютона освещается монохроматическим светом, падающим по нормали к поверхности пластинки. Радиус кривизны линзы R=15 м. Наблюдение ведется в отраженном свете. Расстояние между пятым и двадцать пятым светлыми кольцами Ньютона l=9 мм. Найти длину волны лямбда монохроматического света. r=sqrt((2m-1)лямбда*R/2), дельта d=r2-r1=sqrt((2*m2-1)лямбда*R/2)-sqrt((2*m1-1)лямбда*R/2)=7sqrt(лямбда*R/2)-3sqrt(лямбда*R/2)=4sqrt(лямбда*R/2), лямбда=sqr(дельта d)/8R = 675 нм.

97) Две щели находятся на расстоянии 0,1 мм друг от друга и отстоят на 1,20 м от экрана. От удаленного источника на щели падает свет с длиной волны лямбда=500 нм. На каком расстоянии друг от друга расположены светлые полосы на экране? 2

98) На установку для получения колец Ньютона падает монохроматический свет с длиной волны лямбда=0,66 мкм. Радиус пятого светлого кольца в отраженном свете равен 3 мм. Определить радиус кривизны линзы. 3м или 2.5м

100) На экране наблюдается интерференционная картина от двух когерентных источников света с длиной волны лямбда=760 нм. На сколько полос сместится интерференционная картина на экране, если на пути одного из лучей поместить пластику из плавленного кварца толщиной d=1 мм с показателем преломления n=1,46? Луч падает на пластинку нормально. 2

101) На экране наблюдается интерференционная картина от двух когерентных источников света с длиной волны 589 нм. На сколько полос сместится интерференционная картина на экране, если на пути одного из лучей поместить пластику из плавленного кварца толщиной 0,41 мм с показателем преломления n=1,46? Луч падает на пластинку нормально. 3

103) Если смотреть, прищурив глаз, на нить лампы накалывания, то нить кажется окаймленной светлыми бликами по двум перпендикулярным направлениям. Если нить лампы расположена параллельно носу наблюдателя, то удается наблюдать ряд радужных изображений нити. Объясните причину данного явления. 4

104) Свет падает нормально на прозрачную дифракционную решетку ширины l=7 см. Определить наименьшую разность волн, которую может разрешить эта решетка в области лямбда=600 нм. Наберите ответ в пм с точностью до десятых. 7,98*10^-12=8,0*10^-12

105) Пусть интенсивность монохроматической волны равна I0. Дифракционную картину наблюдают при помощи непрозрачного экрана с круглым отверствием, на которое данная волна падает перпендикулярно. Считая отверствие равным первой зоне Френеля, сравнить интенсивности I1 и I2, где I1-интенсивность света за экраном при полностью открытом отверствии, а I2-интенсивность света за экраном при закрытом наполовину (по диаметру) отверствием. 2

106) На дифракционную решетку нормально падает монохроматический свет с длиной волны 0,6 мкм. Угол дифракции для пятого максимума равен 30, а минимальная разрешаемая решеткой разность длин волн составляет для этого максимума 0,2 нм. Определить: 1)постоянную дифракционной решетки; 2) длину дифракционной решетки. 4

107) Параллельный пучок света падает на диафрагму с круглым отверствием. Определите максимальное расстояние от центра отверствия до экрана, при котором в центре дифракционной картины еще будет наблюдаться темное пятно, если радиус отверствия r=1 мм, длина волны падающего света 0,5 мкм. 2

108) На узкую щель падает нормально монохроматический свет. Его направление на четвертую темную дифракционную полосу составляет 30. Определить полное число дифракционных максимумов. 4

109) На дифракционную решетку с периодом d=2.8*лямбда падает нормально монохроматическая волна длиной лямбда. Какого наибольшего порядка дифракционный максимум дает решетка? Определить общее число максимумов? 1

110) Свет с длиной волны 750 нм проходит через щель шириной D=20 мкм. Какова ширина центрального максимума на экране, находящемся на расстоянии L=20 см от щели? 4

111) На дифракционную решетку нормально падает пучок света от разрядной трубки. Какова должна быть постоянная d дифракционной решетки, чтобы в направлении фи=41 совпадали максимумы линий лямбда1=656,3 нм и лямбда2=410,2 нм. 1

112) При помощи дифракционной решетки с периодом 0,01 мм получено первый дифракционный максимум на расстоянии 2,8 см от центрального максимума и на расстоянии 1,4 м от решетки. Найти длину световой волны. 4

113) Точечный источник света с длиной волны 0,6 мкм расположен на расстоянии а=110 см перед диафрагмой с круглым отверствием радиуса 0,8 мм. Найти расстояние b от диафрагмы до точки наблюдения, для которой число зон Френеля в отверстии составляет k=2. 3

114) Точечный источник света (лямбда=0,5 мкм) расположен на расстоянии а=1 м перед диафрагмой с круглым отверствием диаметра d=2 мм. Определите расстояние b (м) от диафрагмы до точки наблюдения, если отверстие открывает три зоны Френеля. 2 http://studyport.ru/images/stories/tasks/Physics/difraktsija-sveta/1.gif

116) На дифракционную решетку длиной l=15 мм, содержащую N=3000 штрихов, падает нормально монохроматический свет с длиной волны 550 нм. Найти: 1)число максимумов, наблюдаемых в спектре дифракционной решетки 2)угол, соответствующий последнему максимуму. 2

117) Как изменяется картина дифракционного спектра при удалении экрана от решетки? 2

118) На экран с круглым отверствием радиуса r=1,5 мм нормально падает параллельный пучок монохроматического света с длиной волны 0,5 мкм. Точка наблюдения находится на оси отверствия на расстоянии в 1,5 м от него. Определить: 1)число зон Френеля, укладывающихся в отверствии 2)темное или светлое кольцо наблюдается в центре дифракционной картины, если в месте наблюдения помещен экран. r=sqrt(bm*лямбда), m=r^2/b*лямбда=3 - нечетное, светлое кольцо. 2

119) Плоская волна падает нормально на диафрагму с круглым отверствием. Определить радиус четвертой зоны Френеля, если радиус второй зоны Френеля = 2 мм. 4

120) Уголовая дисперсия дифракционной решетки в спектре первого порядка dфи/dлямбда=2,02*10^5 рад/м. Найти линейную дисперсию D дифракционной решетки, если фокусное расстояние линзы, проектирующей спектр на экран, равно F=40 см. 3

Наконец, есть еще один способ охарактеризовать электромагнитное излучение - указав его температуру. Строго говоря, этот способ годится только для так называемого чернотельного или теплового излучения. Абсолютно черным телом в физике называют объект, поглощающий всё падающее на него излучение. Однако идеальные поглощающие свойства не мешают телу самому испускать излучение. Наоборот, для такого идеализированного тела можно точно рассчитать вид спектра излучения. Это так называемая кривая Планка, форма которой определяется единственным параметром - температурой. Знаменитый горб этой кривой показывает, что нагретое тело мало излучает как на очень длинных, так и на очень коротких волнах. Максимум излучения приходится на вполне определенную длину волны, значение которой прямо пропорционально температуре.

Указывая эту температуру, нужно иметь в виду, что это не свойство самого излучения, а лишь температура идеализированного абсолютно черного тела, которое на данной волне имеет максимум излучения. Если есть основание считать, что излучение испущено нагретым телом, то, найдя максимум в его спектре, можно приближенно определить температуру источника. Например, температура поверхности Солнца составляет 6 тысяч градусов. Это как раз соответствует середине видимого диапазона излучения. Вряд ли это случайно - скорее всего, глаз за время эволюции приспособился максимально эффективно использовать солнечный свет.

Неоднозначность температуры

Точка спектра, на которую приходится максимум чернотельного излучения, зависит от того, на какой оси мы строим график. Если по оси абсцисс равномерно откладывать длину волны в метрах, то максимум будет приходиться на

λ max = b /T = (2,9·10 –3 м ·К )/T ,

где b = 2,9·10 –3 м ·К . Это так называемый закон смещения Вина. Если построить тот же спектр, равномерно отложив на оси ординат частоту излучения, местоположение максимума вычисляется по формуле:

ν max = (αk/h ) · T = (5,9·10 10 Гц /К ) · Т ,

где α = 2,8, k = 1.4·10 –23 Дж /К - постоянная Больцмана, h - постоянная Планка.

Все было бы хорошо, но, как выясняется λ max и ν max ·соответствуют разным точкам спектра. Это становится очевидно, если вычислить длину волны, соответствующую ν max , то получится:

λ" max = с /ν max = (сh /αk )/T = (5,1·10 –3 м·К)/Т .

Таким образом, максимум спектра, определенный по частоте, в λ" max /ν max = 1,8 раза отличается по длине волны (а значит и по частоте) от максимума того же спектра, определенного по длинам волн. Иными словами, частота и длина волны максимума чернотельного излучения не соответствуют друг другу: λ max ≠ с /ν max .

В видимом диапазоне принято указывать максимум спектра теплового излучения по длине волны. В спектре Солнца, как уже говорились, он приходится на видимый диапазон. Однако по частоте максимум солнечного излучения лежит в ближнем инфракрасном диапазоне.

А вот максимум космического микроволнового излучения с температурой 2,7 К принято указывать по частоте - 160 МГц , что соответствует длине волны 1,9 мм . Между тем, в графике по длинам волн максимум реликтового излучения приходится на 1,1 мм .

Всё это показывает, что температуру надо с большой осторожностью использовать для описания электромагнитного излучения. Ее можно применять только в случае излучения, близкого по спектру к тепловому, либо для очень грубой (с точностью до порядка) характеристики диапазона. Например, видимому излучению соответствует температура в тысячи градусов, рентгену - миллионы, микроволновому - около 1 кельвина.

Тепловое излучение - этоэлектромагнитное излучение, испускаемое веществом и возникающее за счёт его внутренней энергии.

Оно обуславливается возбуждением частиц вещества при соударениях в процессе теплового движения колеблющихся ионов.

Интенсивность излучения и его спектральный состав зависят от температуры тела, поэтому тепловое излучение не всегда воспринимается глазом.

Тело. Нагретое до высокой температуры значительную часть энергии испускает в видимом диапазоне, а при комнатной температуры- энергия испускается в инфракрасной части спектра.

По международным стандартам различают 3 области инфракрасного излучения:

1. Инфракрасная область А

λ от 780 до 1400 нм

2. Инфракрасная область В

λ от 1400 до 3000 нм

3. Инфракрасная область С

λ от 3000 до 1000000 нм.

Особенности теплового излучения.

1. Тепловое излучение- это универсальное явление присущее всем телам и происходящее при температуре отличной от абсолютного нуля (- 273 К).

2. Интенсивность теплового излучения и спектральный состав зависят от природы и температуры тел.

3. Тепловое излучение является равновесным, т.е. в изолированной системе при постоянной температуре тела излучают за единицу времени с единицы площади столько энергии, сколько получают извне.

4. Наряду с тепловым излучением все тела обладают способностью поглащать тепловую энергию извне.

2 . Основные характеристики поглощения .

1. Лучистая энергия W (Дж)

2. Лучистый поток Р = W/t (Вт)

(Поток излучения)

3. Излучательная способность (энергитическая светимость)- это энергия электромагнитного излучения, излучаемая по всем возможным направлениям за единицу времени с единицы площади при данной температуре

RT= W/St (Вт/м2)

4. Поглощательная способность (коэффициент поглощения) равен отношению лучистого потока, поглощенного данного тела к лучистому потоку, упавшему на тело при данной температуре.

αт = Рпогл / Рпад.

3. Тепловые излучатели и их характеристика.

Понятие абсолютно чёрного тела.

Тепловые излучатели- это технические устройства для получения теплового лучистого потока. Каждый тепловой источник характеризуется излучательной способностью, поглащательной способностью, температурой излучательного тела, спектральным составом излучения.

В качестве стандарта введено понятие абсолютно чёрного тела (а.ч.т.)

При прохождении света через вещество, лучистый поток частично отражается, частично поглащается, рассеивается и частично проходит через вещество.

Если тело полностью поглощает падающий на него световой поток, то его называют абсолютно чёрное тело.

Для всех длин волн и при любых температурах коэффициент поглощения α=1. Абсолютно чёрного тела в природе нет, но можно указывать на тело близкое к нему по своим свойствам.

Модельно а.ч.т. является полость с очень малым отверстием стенки которого зачернены. Луч, попавший в отверстие после многократных отражений от стенок, будет поглощён практически полностью.

Если нагреть такую модель до высокой температуры, то отверстие будет светиться, такое излучение называется чёрным излучением. К а.ч.т. близки поглощательные свойства чёрного бархата.

α для сажи = 0,952

α для чёрного бархата = 0,96

Примером служит зрачок глаза, глубокий колодец и т.д.

Если α=0, то это обсолютно зеркальная поверхность. Чаще α находится в пределах от 0 до 1, такие тела называются серыми.

У серых тел коэффициент поглощения зависит от длины волны, падающего излучения и в значительной степени от температуры.

4. Законы теплового излучения и их характеристика

1. Закон Киркгофа :

отношение излучательной способности тела к поглощательной способности тела при одинаковой температуре и при одинаковой длине волны есть величина постоянная.

2. Закон Стефана-Больцмана :

излучательная способность а.ч.т. пропорциональначетвёртой степени его абсолютной температуры.

δ- постоянная Стефана-Больцмана.

δ=5,669*10-8 (Вт/ м2*К4)

W=Pt=RTSt= δStT4

Т-температура

При увеличении температуры (Т) мощность излучения растёт очень быстро.

При увеличении времени (t) до 800 мощность излучения увеличится в 81 раз.

Законы теплового излучения. Лучистое тепло.

Может, для кого-то это будет новостью, но передача температуры происходит не только теплопроводностью через прикосновение одного тела к другому. Каждое тело (Твердое, жидкое и газообразное) испускает тепловые лучи определенной волны. Эти лучи, уходя от одного тела, поглощаются другим телом, и принимают тепло на себя. И я попытаюсь Вам объяснить, как это происходит, и сколько тепла мы теряем этим излучением у себя дома на . (Я думаю, многим будет интересно увидеть эти цифры). В конце статьи решим задачку из реального примера.

В статье будут трехэтажные формулы и интегральные выражения для математиков, но не стоит их бояться, можете даже не вникать в эти формулы. В задаче я вам дам формулы, которые решаются на-раз-два и даже не нужно знать высшую математику, достаточно знать элементарную арифметику.

Я не однократно в этом убеждался, что сидя у костра (обычно большого) мое лицо обжигали эти лучи. И если я закрывал костер своими ладонями и при этом руки были вытянуты, то получалось, что мое лицо переставало обжигать. Не трудно догадаться, что эти лучи прямые как световые. Меня обжигает не воздух, циркулирующий вокруг костра, и даже не воздуха, а именно прямые не видимые тепловые лучи, идущие от костра.

В космосе между планетами обычно вакуум и поэтому передача температур осуществляется исключительно тепловыми лучами (Все лучи - это электромагнитные волны).

Тепловое излучение имеет природу такую, как световые и электромагнитные лучи (волны). Просто, эти волны (лучи) имеют разную длину волны.

Например, длины волн в диапазоне 0,76 – 50 мкм, называется инфракрасными. Все тела, имеющие комнатную температуру + 20 °С, излучают в основном инфракрасные волны с длинами волн, близкими к 10 мкм.

Всякое тело, если только температура его отлична от абсолютного нуля (-273,15 °С), способно посылать в окружающее пространство излучение. Поэтому любое тело излучает на окружающие его тела лучи и в свою очередь находится под воздействием излучения этих тел.

Любая мебель в доме (стул, стол, стены и даже диван) испускает тепловые лучи.

Тепловое излучение может поглощаться или проходить в сквозь тело, а также может просто отражаться от тела. Отражение тепловых лучей подобно тому, как если бы световой луч отражался от зеркала. Поглощение теплового излучения подобно тому, как черная крыша сильно нагревается от солнечных лучей. А проникновение или прохождение лучей подобно тому, как лучи проходят в сквозь стекло или воздух. Наиболее распространенным в природе видом электромагнитного излучения является тепловое излучение.

Очень близко по своим свойствам к черному телу относится так называемое реликтовое излучение, или космический микроволновой фон - заполняющее Вселенную излучение с температурой около 3 К.

Вообще в науке теплотехнике, чтобы объяснить процессы тепловых излучений, удобно использовать понятие черного тела, для того чтобы качественно объяснить процессы тепловых излучений. Только черное тело способно в некотором роде облегчить расчеты.

Как было описано выше любое тело способно:

Черное тело - это тело, которое полностью поглощает тепловую энергию, то есть оно не отражает лучи и в сквозь нее не проходит тепловое излучение. Но не забываем, что черное тело излучает тепловую энергию.

Поэтому к этому телу так легко применить расчеты.

Какие возникают сложности при расчете, если тело не является черным телом?

Тело, которое не является черным телом, имеет такие факторы:

Эти два фактора усложняют расчет на столько, что "мама не горюй". Очень сложно так считать. А ученые по этому поводу толком не объяснили, как рассчитать серое тело. Кстати серое тело - это и есть тело, которое не является черным телом.

Также есть понятие: Белое тело и прозрачное тело, но об этом ниже.

Тепловое излучение имеет разные частоты (разные волны), и каждое отдельное тело может иметь разную волну излучения. К тому же при изменении температуры, эта длина волны может меняться, может меняться и ее интенсивность (сила излучения).

Все эти факторы усложнят процесс на столько, что трудно подобрать универсальную формулу для расчета потерь энергии на излучательности. И поэтому в учебниках и в любых литературах используют для расчета черное тело, а другие серые тела используют как часть черного тела. Чтобы рассчитать серое тело используют коэффициент черноты. Эти коэффициенты приведены в справочниках для некоторых матералов.

Рассмотрим изображение, которое подтверждает сложность вычисления излучательности.

На рисунке изображены два шарика, которые в себе имеют частички этого шарика. Красные стрелки это лучи испускаемые частичками.

Рассмотрим черное тело.

Внутри черного тела глубоко внутри расположены некоторые частички, которые обозначены оранжевым цветом. Они испускают лучи, которые поглощают рядом находящиеся другие частички, которые обозначены желтым цветом. Лучи оранжевых частичек черного тела не способны пройти в сквозь другие частички. И поэтому только наружные частички этого шарика испускают лучи по всей площади шарика. Поэтому расчет черного тела легко считается. Также принято считать, что черное тело испускает весь спектр волн. То есть испускает все имеющиеся волны различных длин. Серое тело может испускать часть спектра волн, только определенной длины волн.

Рассмотрим серое тело.

Внутри серого тела, имеющиеся внутри частички излучают какую то часть лучей, которые проходят в сквозь другие частички. И только поэтому расчет усложняется многократно.

Тепловое излучение - это электромагнитное излучение, возникающее вследствие преобразования энергии теплового движения частиц тела в энергию излучения. Именно тепловой характер возбуждения элементарных излучателей (атомов, молекул и т.п.) противопоставляет тепловое излучение всем другим видам свечения и обуславливает его специфическое свойство зависеть лишь от температуры и оптических характеристик излучающего тела.

Опыт показывает, что тепловое излучение наблюдается у всех тел при любой температуре, отличной от 0 К. Конечно, интенсивность и характер излучения зависят от температуры излучающего тела. Например, все тела, имеющие комнатную температуру + 20 °С, излучают в основном инфракрасные волны с длинами волн, близкими к 10 мкм, а Солнце излучает энергию, максимум которой приходится на 0,5 мкм, что соответствует видимому диапазону. При Т → 0 К тела практически не излучают.

Тепловое излучение ведет к уменьшению внутренней энергии тела и, следовательно, к снижению температуры тела, к охлаждению. Нагретое тело за счет теплового излучения отдает внутреннюю энергию и охлаждается до температуры окружающих тел. В свою очередь, поглощая излучение, могут нагреваться холодные тела. Такие процессы, которые могут происходить и в вакууме, называют радиационным .

Абсолютно черное тело - физическая абстракция, применяемая в термодинамике, тело, поглощающее все падающее на него электромагнитное излучение во всех диапазонах и ничего не отражающее. Несмотря на название, абсолютно черное тело само может испускать электромагнитное излучение любой частоты и визуально иметь цвет. Спектр излучения абсолютно черного тела определяется только его температурой.

Таблица:

(Температурный интервал в Кельвинах и их Цвет)

до 1000 Красный

1000-1500 Оранжевый

1500-2000 Жёлтый

2000-4000 Бледно-жёлтый

4000-5500 Желтовато-белый

5500-7000 Чисто белый

7000-9000 Голубовато-белый

9000-15000 Бело-голубой

15000-∞ Голубой

Кстати по длине волны (цвета) определили температуру солнца оно около 6000 Кельвин. Угли обычно светятся красным цветом. Вам это ничего не напоминает? По цвету можно определять температуру. То есть существуют такие приборы, которые измеряют длину волны, тем самым определяют температуру материала.

Наиболее черные реальные вещества, например, сажа, поглощают до 99 % падающего излучения (т. е. имеют альбедо, равное 0,01) в видимом диапазоне длин волн, однако инфракрасное излучение поглощается ими значительно хуже. Глубокий черный цвет некоторых материалов (древесного угля, черного бархата) и зрачка человеческого глаза объясняется тем же механизмом. Среди тел Солнечной системы свойствами абсолютно черного тела в наибольшей степени обладает Солнце. По определению Солнце практически не отражает никакого излучения. Термин был введен Густавом Кирхгофом в 1862.

По спектральной классификации Солнце относится к типу G2V («жёлтый карлик»). Температура поверхности Солнца достигает 6000 K, поэтому Солнце светит почти белым светом, но из-за поглощения части спектра атмосферой Земли у поверхности нашей планеты этот свет приобретает жёлтый оттенок.

Абсолютно чёрное тела - 100% поглощает и при этом нагревается, так и наоборот! нагретое тело - 100% излучает это означает, что есть строгая закономерность (формула излучения абсолютно чёрного тела) между температурой Солнца - и его спектром - так как и спектр и температуру уже определили - да, у Солнца нет отклонений от этих параметров!

В астрономии есть такая диаграмма - "Спектр-Светимость", так вот наше Солнце принадлежит "главной последовательности" звезд, к которой принадлежат и большинство других звезд, то есть почти все звезды "абсолютно чёрные тела", как это не странно... Исключения - белые карлики, красные гиганты и Новые, Сверх-Новые...

Это кто-то физику в школе недоучил.

Абсолютно чёрное тело поглощает ВСЁ излучение и излучает больше всех остальных тел (чем больше тело поглощает, тем сильнее оно нагревается; чем больше оно нагревается, тем больше оно излучает).

Пусть у нас есть две поверхности - серая (с коэффициентом черноты 0,5) и абсолютно чёрная (коэффициент 1).

Коэффициент черноты - это коэффициент поглощения.

Теперь на эти поверхности направив одинаковый поток фотонов, допустим, 100 штук.

Серая поверхность поглотит 50 из них, чёрная - все 100.

Какая поверхность, испускает больше света - в которой "сидит" 50 фотонов или 100?

Излучение абсолютно чёрного тела впервые правильно рассчитал Планк.

Излучение Солнца примерно подчиняется формуле Планка.

И так начнем изучать теорию...

Под излучением (радиацией) понимают испускание и распространение электромагнитных волн любого вида. В зависимости от длины волны различают: Ренгеновские, ультрафиолетовые, инфракрасные, световое (видимое) излучение и радиоволны.

Рентгеновское излучение - электромагнитные волны, энергия фотонов которых лежит на шкале электромагнитных волн между ультрафиолетовым излучением и гамма-излучением, что соответствует длинам волн от 10−2 до 103 Ангстрем. 10 Ангстрем = 1 нм. (0,001-100 нм)

Ультрафиолетовое излучение (ультрафиолет, УФ, UV) - электромагнитное излучение, занимающее диапазон между фиолетовой границей видимого излучения и рентгеновским излучением (10 - 380 нм).

Инфракрасное излучение - электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света (с длиной волны λ = 0,74 мкм) и микроволновым излучением (λ ~ 1-2 мм).

Сейчас весь диапазон инфракрасного излучения делят на три составляющих:

Коротковолновая область: λ = 0,74-2,5 мкм;

Средневолновая область: λ = 2,5-50 мкм;

Длинноволновая область: λ = 50-2000 мкм;

Видимое излучение - электромагнитные волны, воспринимаемые человеческим глазом. Чувствительность человеческого глаза к электромагнитному излучению зависит от длины волны (частоты) излучения, при этом максимум чувствительности приходится на 555 нм (540 терагерц), в зелёной части спектра. Поскольку при удалении от точки максимума чувствительность спадает до нуля постепенно, указать точные границы спектрального диапазона видимого излучения невозможно. Обычно в качестве коротковолновой границы принимают участок 380-400 нм (750-790 ТГц), а в качестве длинноволновой - 760-780 нм (385-395 ТГц). Электромагнитное излучение с такими длинами волн также называется видимым светом, или просто светом (в узком смысле этого слова).

Радиоизлучение (радиоволны, радиочастоты) - электромагнитное излучение с длинами волн 5 10−5-1010 метров и частотами, соответственно, от 6 1012 Гц и до нескольких Гц. Радиоволны используются при передаче данных в радиосетях.

Тепловое излучение представляет собой процесс распространения в пространстве внутренней энергии излучающего тела путем электромагнитных волн. Возбудителями этих волн являются материальные частицы, входящие в состав вещества. Для распространения электромагнитных волн не требуется материальной среды, в вакууме они распространяются со скоростью света и характеризуются длиной волны λ или частотой колебаний ν. При температуре до 1500 °С основная часть энергии соответствует инфракрасному и частично световому излучению (λ=0,7÷50 мкм).

Следует отметить, что энергия излучения испускается не непрерывно, а в виде определенных порций - квантов. Носителями этих порций энергии являются элементарные частицы излучения - фотоны, обладающие энергией, количеством движений и электромагнитной массой. При попадании на другие тела энергия излучения частично поглощается ими, частично отражается и частично проходит сквозь тело. Процесс превращения энергии излучения во внутреннюю энергию поглощающего тела называется поглощением. Большинство твердых и жидких тел излучают энергию всех длин волн в интервале от 0 до ∞, то есть имеют сплошной спектр излучения. Газы испускают энергию только в определенных интервалах длин волн (селективный спектр излучения). Твердые тела излучают и поглощают энергию поверхностью, а газы - объемом.

Излучаемая в единицу времени энергия в узком интервале изменения длин волн (от λ до λ+dλ) называется потоком монохроматического излучения Qλ. Поток излучения, соответствующий всему спектру в пределах от 0 до ∞, называется интегральным, или полным, лучистым потоком Q(Вт). Интегральный лучистый поток, излучаемый с единицы поверхности тела по всем направлениям полусферического пространства, называется плотностью интегрального излучения (Вт/м 2).

Чтобы понять эту формулу рассмотрим изображение.

Я не случайно изобразил два варианта тела. Формула справедлива только для тела квадратной формы. Так как излучающая площадь должна быть плоской. При условии, что излучает только поверхность тела. Внутренние частицы не излучают.

Зная плотность излучения материала, можно рассчитать, сколько энергии уходит на излучение:

Необходимо понимать, что лучи исходящие от плоскости имеют разную интенсивность излучения по отношению к нормали плоскости.

Закон Ламберта. Излучаемая телом лучистая энергия распространяется в пространстве по различным направлениям с различной интенсивностью. Закон, устанавливающий зависимость интенсивности излучения от направления, называется законом Ламберта.

Закон Ламберта устанавливает, что количество лучистой энергии, излучаемое элементом поверхности в направлении другого элемента, пропорционально произведению количества энергии, излучаемой по нормали, на величину пространственного угла, составленного направлением излучения с нормалью

Смотри изображение.

Интенсивность каждого лучика можно найти с помощью тригонометрической функции:

То есть - это своего рода коэффициент угла и он строго подчиняется тригонометрии угла. Коэффициент работает только для черного тела. Так как рядом находящиеся частички будут поглощать боковые лучи. Для серого тела, необходимо учитывать количество проходящих в сквозь частички лучей. Отражение лучей, тоже необходимо учитывать.

Следовательно, наибольшее количество лучистой энергии излучается в перпендикулярном направлении к поверхности излучения. Закон Ламберта полностью справедлив для абсолютно черного тела и для тел, обладающих диффузным излучением при температуре 0 - 60°С. Для полированных поверхностей закон Ламберта неприменим. Для них лучеиспускание при угле будет большим, чем в направлении, нормальном к поверхности.

Ниже мы обязательно рассмотрим более объемные формулы для расчета количества тепла теряемые телом. Но пока необходимо кое-что узнать дополнительно о теории.

Немного об определениях. Определения пригодятся, чтобы правильно выражаться.

Отметим, что большинство твердых и жидких тел имеет сплошной (непрерывный) спектр излучения. Это значит, что они обладают способностью излучать лучи всех длин волн.

Даже обычный стол в комнате как твердое тело может излучать рентгеновское или ультрафиолетовое излучение, но интенсивность его настолько мала, что мы этого не то, что не замечаем, его значение по отношению к другим волнам может приближаться к нулевому значению.

Лучистым потоком (или потоком излучения) называют отношение лучистой энергии ко времени излучения, Вт:

где Q- энергия излучения, Дж; т - время, с.

Если лучистый поток, излучаемый произвольной поверхностью во всех направлениях (т.е. в пределах полусферы произвольного радиуса) осуществляется в узком интервале длин волн от λ до λ+Δλ, то его называют потоком монохроматического излучения

Суммарное излучение с поверхности тела по всем длинам волн спектра называется интегральным или полным потоком излучения Ф

Интегральный поток, испускаемый с единицы поверхности, носит название поверхностной плотности потока интегрального излучения или излучательности, Вт/м 2 ,

Формулу можно применять и при монохроматическом излучении. Если на поверхность тела падает тепловое монохроматическое излучение, то в общем случае часть, равная В λ этого излучения, поглотится телом, т.е. превратится в другую форму энергии в результате взаимодействия с веществом, часть F λ будет отражена, и часть D λ пройдет сквозь тело. Если принять, что падающее на тело излучение равно единице, то

В λ +F λ +D λ =1

где В λ , F λ , D λ - коэффициенты соответственно поглощения, отражения

и пропускания тела.

Когда в пределах спектра величины В, F, D остаются постоянными, т.е. не зависят от длины волны, то надобность в индексах отпадает. В этом случае

Если В= 1 (F = D = 0), то тело, полностью поглощающее все падающее на него излучение независимо от длины волны, направления падения и состояния поляризации излучения, называется черным телом или полным излучателем.

Если F=1 (В=D=0), то падающее на тело излучение полностью отражается. В том случае, когда поверхность тела шероховатая, то лучи отражаются рассеянно (диффузное отражение), и тело называют белым, а когда поверхность тела гладкая и отражение следует законам геометрической оптики, то тело (поверхность) называют зеркальным. В том случае, когда D = 1 (В=F=0), тело проницаемо для тепловых лучей (диатермично).

Твердые тела и жидкости для тепловых лучей практически непрозрачны (D = 0), т.е. атермичны. Для таких тел

Абсолютно черных, так же как и прозрачных или белых тел, в природе нет. Такие тела должны рассматриваться как научные абстракции. Но все же некоторые реальные тела могут достаточно близко подходить по своим свойствам к таким идеализированным телам.

Надо отметить, что некоторые тела обладают по отношению к лучам определенной длины волны одними свойствами, а к лучам другой длины - иными. Например, тело может быть прозрачным для инфракрасных лучей и непрозрачным для видимых (световых) лучей. Поверхность тела может быть гладкой по отношению к лучам одной длины волны и шероховатой - для лучей другой длины волны.

Газы, в особенности находящиеся под небольшим давлением, в противоположность твердым и жидким телам излучают линейчатый спектр. Таким образом, газы поглощают и излучают лучи лишь определенной длины волны, других же лучей они не могут ни излучать, ни поглощать. В этом случае говорят о селективном (выборочном) поглощении и излучении.

В теории теплового излучения важную роль играет величина, называемая спектральной плотностью потока излучения, или спектральной излучательностью, представляющей собой отношение плотности лучистого потока, испускаемого в бесконечно малом интервале длин волн от λ до λ+Δλ, к размеру этого интервала длин волн Δλ, Вт/м 2 ,

где E - поверхностная плотность лучистого потока, Вт/м 2 .

Теперь надеюсь Вам понятно, что процесс вычисления становится сверх затруднительным. Нам еще в этом направление работать и работать. Это каждый материал надо тестировать на различные температуры. Но почему-то данных по материалам практически нет. Вернее я не нашел эксперементальный справочник по материалам.

Почему нет такого справочника по материалам? Потому что тепловым излучением очень маленькие, и я думаю вряд ли превышают 10% в наших бытовых условиях. Поэтому в расчет их не закладывают. Вот когда мы будем часто летать в космос, тогда и появятся все расчеты. Вернее в нашей космонавтике накопились данные по материалам, но в свободной доступности их пока нет.

Закон поглощения лучистой энергии

Каждое тело способно поглощать какую-либо часть излучающей энергии об этом ниже.

Если на какое-либо тело толщиной l, падает лучистый поток (смотри рисунок), то в общем случае при прохождении сквозь тело он уменьшается. Принимают, что относительное изменение лучистого потока на пути Δl прямо пропорционально пути потока:

Коэффициент пропорциональности b называется показателем погло-щения, зависящим в общем случае от физических свойств тела и длины волны.

Интегрируя в пределах от l до 0 и принимая b постоянным, получаем

Установим связь между спектральным коэффициентом поглощения тела В λ и спектральным показателем поглощения вещества b λ .

Из определения спектрального коэффициента поглощения В λ имеем

После подстановки в это уравнение значения получим соотношение между спектральным коэффициентом поглощения В λ и спектральным показателем поглощения B λ .

Коэффициент поглощения В λ равен нулю при l 1 = 0 и b λ = 0. При большом значении bλ достаточно весьма малого значения l, но все же не равного нулю, чтобы значение В λ было как угодно близко к единице. В этом случае можно говорить, что поглощение происходит в тонком поверхностном слое вещества. Только в этом понимании возможно говорить о поверхностном поглощении. Для большинства твердых тел благодаря большому значению показателя поглощения b λ имеет место в ука-занном смысле «поверхностное поглощение», в связи с чем на коэффициент поглощения большое влияние оказывает состояние его поверхности.

Тела, хотя и с малым значением показателя поглощения, как, например, газы, могут при их достаточной толщине обладать большим коэффициентом поглощения, т.е. делаются непрозрачными для лучей данной длины волны.

Если b λ =0 для интервала Δλ, а для остальных длин волн b λ не равно нулю, то тело будет поглощать падающее излучение только определен-ных длин волн. В этом случае, как было указано выше, говорят о селективном (выборочном) коэффициенте поглощения.

Подчеркнем принципиальную разницу между показателем поглоще-ния вещества b λ и коэффициентом поглощения В λ тела. Первый характе-ризует физические свойства вещества по отношению к лучам определенной длины волны. Значение В λ зависит не только от физических свойств вещества, из которого состоит тело, но и от формы, размеров и состояния поверхности тела.

Законы излучения лучистой энергии

Макс Планк теоретически на основе электромагнитной теории установил закон (носящий название закона Планка), выражающий зависимость спектральной излучательности черного тела Е 0λ от длины волны λ и температуры Т.

где E 0λ (λ,T) - излучательность черного тела, Вт/м 2 ; T - термодинамическая температура, K; C 1 и C 2 - постоянные; С 1 =2πhc 2 =(3,74150±0,0003) 10-16 Вт м 2 ; С 2 =hc/k=(1,438790±0,00019) 10 -2 ; м K (здесь h=(6,626176±0,000036) 10 -34 Дж с - постоянная Планка; с=(299792458±1,2) м/с - скорость распространения электромагнитных волн в свободном пространстве: k - постоянная Больцмана.)

Из закона Планка следует, что спектральная излучательность может равняться нулю при термодинамической температуре, равной нулю (Т=0), либо при длине волны λ = 0 и λ→∞ (при Т≠0).

Следовательно, черное тело излучает при любой температуре больше 0 К. (Т > 0) лучи всех длин волн, т.е. имеет сплошной (непрерывный) спектр излучения.

Из выше указанной формулы можно получить расчетное выражение для излучательности черного тела:

Интегрируя в пределах изменения λ от 0 до ∞ получаем

В результате разложения подынтегрального выражения в ряд и его интегрирования получают расчетное выражение для излучательности черного тела, называемое законом Стефана-Больцмана:

где Е 0 - излучательность черного тела, Вт/м 2 ;

σ - постоянная Стефана Больцмана, Вт/(м 2 К 4);

σ = (5,67032 ± 0,00071) 10 -8 ;

Т- термодинамическая температура, К.

Формулу часто записывают в более удобной для расчета форме:

Эту формулу мы будем использовать для расчетов. Но это не окончательная формула. Она справедлива только для черных тел. О том как использовать для серых тел будет описано ниже.

где E 0 - коэффициент излучения черного тела; С 0 = 5,67 Вт/(м 2 К 4).

Закон Стефана-Больцмана формулируют так: излучательность чер-ного тела прямо пропорциональна его термодинамической температуре в четвертой степени.

Спектральное распределение излучения черного тела при различных температурах

λ - длина волны от 0 до 10 мкм (0-10000 нм)

E 0λ - следует понимать так: Как если бы в объеме (м 3) черного тела находиться определенное количество энергии (Вт). Это не означает, что оно излучает такую энергию только наружными частичками. Просто если собрать все частички черного тела в объеме и измерить каждой частички излучаетельность во всех направлениях и сложить их все, то мы получим полную энергию на объеме, которая и указана на графике.

Как видно из расположения изотерм, каждая из них имеет максимум, причем, чем больше термодинамическая температура, тем больше значение E0λ, отвечающее максимуму, а сама точка максимума перемещается в область более коротких волн. Перемещение максимальной спектральной излучательности E0λmax в область более коротких волн известно под названием

закона смещения Вина, по которому

T λ max = 2,88 10 -3 м К = const и λ max = 2,88 10 -3 /Т,

где λ max - длина волны, соответствующая максимальному значению спектральной излучаетльности E 0λmax .

Так, например, при Т = 6000 К (примерная температура поверхности Солнца) максимум Е 0λ располагается в области видимого излучения, на которую падает около 50% излучательности Солнца.

Элементарная площадка под изотермой, заштрихованная на графике равна Е 0λ Δλ. Ясно, что сумма этих площадок, т.е. интеграл представляет собой излучательность черного тела E 0 . Следовательно, площадь между изотермой и осью абсцисс изображает в условном масштабе диаграммы излучательность черного тела. При небольших значениях термодинамической температуры изотермы проходят в непосредственной близости к оси абсцисс, и указанная площадь становится столь малой, что практически ее можно считать равной нулю.

Большую роль в технике играют понятия о так называемых серых телах и сером излучении. Серым называется неселективный тепловой излучатель, способный излучать сплошной спектр, со спектральной излучательностыо E λ для волн всех длин и при всех температурах, составляющей неизменную долю от спектральной излучательности черного тела Е 0λ т.е.

Постоянная ε называется коэффициентом черноты теплового излучателя. Для серых тел коэффициент черноты ε

На графике схематически показаны кривые распределения по длинам волн спектральной излучательности абсолютно черного тела Е λ (ε = 1) и спектральной излучательности серого тела Еλ той же температуры, что и черное тело (при ε = 0,5 и ε = 0,25). Излучательность серого тела

Произведение

называется коэффициентом излучения серого тела.

Полученные из опыта значения коэффициента излучения даны в справочной литературе.

Большинство тел, применяемых в технике, могут быть приняты за серые тела, и их излучение - за серое излучение. Более точные исследования показывают, что это возможно только в первом приближении, однако достаточно для практических целей. Отклонение от закона Стефана- Больцмана для серых тел обычно учитывается тем, что коэффициент излучения С принимают зависящим от температуры. В связи с этим в таблицах указывается интервал температур, для которых экспериментально определено значение коэффициента излучения С.

В дальнейшем для упрощения выводов будем считать, что коэффициент излучения серого тела не зависит от температуры.

Коэффициенты черноты некоторых материалов

(Материал / Температура в °С / Величина Е)

Алюминий окисленный / 200-600 / 0,11 -0,19

Алюминий полированный / 225-575 / 0,039-0,057

Кирпич красный / 20 / 0,93

Кирпич огнеупорный / - / 0,8-0,9

Медь окисленная / 200-600 / 0,57-0,87

Свинец окисленный / 200 / 0,63

Сталь шлифованная / 940-1100 / 0,55-0,61

Чугун обточенный / 830-910 / 0,6-0,7

Чугун окисленный / 200-600 / 0,64-0,78

Алюминий полированный / 50-500 / 0,04-0,06

Бронза / 50 / 0,1

Железо листовое оцинкованное, блестящее / 30 / 0,23

Жесть белая, старая / 20 / 0,28

Золото полированное / 200 - 600 / 0,02-0,03

Латунь матовая / 20-350 / 0,22

Медь полированная / 50-100 / 0,02

Никель полированный / 200-400 / 0,07-0,09

Олово блестящее / 20-50 / 0,04-0,06

Серебро полированное / 200-600 / 0,02-0,03

Стальной листовой прокат / 50 / 0,56

Сталь окисленная / 200-600 / 0,8

Сталь сильно окисленная / 500 / 0,98

Чугунное литье / 50 / 0,81

Асбестовый картон / 20 / 0,96

Дерево строганое / 20 / 0,8-0,9

Кирпич огнеупорный / 500-1000 / 0,8-0,9

Кирпич шамотный / 1000 / 0,75

Кирпич красный, шероховатый / 20 / 0,88-0,93

Лак черный, матовый / 40-100 / 0,96-0,98

Лак белый / 40-100 / 0,8-0,95

Масляные краски различных цветов / 100 / 0,92-0,96

Сажа ламповая / 20-400 / 0,95

Стекло / 20-100 / 0,91-0,94

Эмаль белая / 20 / 0,9

Закон Кирхгофа

Закон Кирхгофа устанавливает зависимость между излучательностью и коэффициентом поглощения серого тела.

Рассмотрим два параллельных серых тела бесконечной протяженности с плоскими поверхностями площадью А каждое.

Бесконечно протяженная плоскость дает возможность приблизить расчеты по нахождению реального излучения на практических и теоретических опытах. При теоретических опытах находят реальное значение за счет интегральных выражений, а при опытах, большая плоскость приближает расчеты к реальным значениям. Тем самым, мы как бы, большой бесконечной плоскостью гасим влияние ненужных боковых и угловых излучений, которые улетают и не поглощаются экспериментальными пластинами.

То есть, если коэффициент умножить на излучательность, то получим результирующее значение излучения (Вт).

Можно положить, что все лучи, посылаемые одним телом, полностью попадают на другое. Примем, что коэффициенты пропускания этих тел D 1 = D 2 = 0 и между поверхностями двух плоскостей находится теплопрозрачная (диатермическая) среда. Обозначим через E 1 , B 1 , F 1 , T 1 , и E 2 , B 2 , F 2 , T 2 соответственно излучательности, коэффициенты поглощения, отражения и температуры пов ерхностей первого и второго тел.

Поток лучистой энергии от поверхности 1 к поверхности 2 равен произведению излучательности поверхности 1 на ее площадь А, т.е. Е 1 А, из которого часть Е 1 В 2 А поглощается поверхностью 2, а часть Е 1 F 2 А отражается обратно на поверхность 1. Из этого отраженного потока Е 1 F 2 А поверхность 1 поглощает E 1 F 2 B 1 A и отражает E 1 F 1 F 2 A. ИЗ отраженного потока энергии E 1 F 1 F 2 A поверхность 2 вновь поглотит E 1 F 1 F 2 B 2 A и отразит E 1 F 1 F 2 A и т.д.

Аналогично происходит передача лучистой энергии потоком Е 2 от поверхности 2 к поверхности 1. В итоге поток лучистой энергии, поглощенный поверхностью 2 (или отданный поверхностью 1),

Поток лучистой энергии, поглощенной поверхностью 1 (или отданной поверхностью 2),

В окончательном итоге поток лучистой энергии, переданной поверхностью 1 к поверхности 2, будет равен разности лучистых потоков Ф 1→2 и Ф 2→1 т.е.

Полученное выражение справедливо при всех значениях температур Т 1 и Т 2 и, в частности, при Т 1 = Т 2 . В последнем случае рассматриваемая система находится в динамическом тепловом равновесии, и на основании второго начала термодинамики необходимо положить Ф 1→2 = Ф 2→1 откуда следует

Е 1 В 2 = Е 2 B 1 или

Полученное равенство носит название закона Кирхгофа: отношение излучательности тела к его коэффициенту поглощения для всех серых тел, находящихся при одной и той же температуре, одинаково и равно излучательности черного тела при той же температуре.

Если какое-либо тело имеет малый коэффициент поглощения, как например, хорошо полированный металл, то это тело имеет и малую излучательность. На этом основании для уменьшения потерь теплоты излучением во внешнюю среду теплоотдающие поверхности покрывают листами полированного металла для тепловой изоляции.

При выводе закона Кирхгофа рассматривалось серое излучение. Вывод останется справедливым и в том случае, если тепловое излучение обоих тел рассматривается только в некоторой части спектра, но однако имеет одинаковый характер, т.е. оба тела испускают лучи, длины волн которых лежат в одной и той же произвольной спектральной области. В предельном случае приходим к случаю монохроматического излучения. Тогда

т.е. для монохроматического излучения закон Кирхгофа должен быть сформулирован так: отношение спектральной излучательности какого-либо тела при определенной длине волны к его коэффициенту поглощения при той же длине волны одинаково для всех тел, находящихся при одинаковых температурах, и равно спектральной излучательности черного тела при той же длине волны и той же температуре.

Заключаем, что для серого тела В = ε, т.е. понятия «коэффициент поглощения» В и «коэффициент черноты» ε для серого тела совпадают. По определению коэффициент черноты не зависит ни от температуры, ни от длины волны, а следовательно, и коэффи-циент поглощения серого тела также не зависит ни от длины волны, ни от температуры.

Излучение газов

Излучение газов существенно отличается от излучения твердых тел. Поглощение и излучение газов - селективное (выборочное). Газы поглощают и излучают лучистую энергию только в определенных, довольно узких интервалах Δλ длин волн - так называемых полосах. В остальной части спектра газы не излучают и не поглощают лучистой энергии.

Двухатомные газы обладают ничтожно малой способностью поглощать лучистую энергию, а следовательно, и малой способностью ее излучать. Поэтому эти газы обычно считают диатермичными. В отличие от двухатомных газов многоатомные, в том числе и трехатомные газы, обладают значительной способностью излучать и поглощать лучистую энергию. Из трехатомных газов в области теплотехнических расчетов наибольший практический интерес представляют углекислый газ (CO 2) и водяной пар (H 2 O), имеющие по три полосы излучения.

В отличие от твердых тел показатель поглощения для газов (конечно, в области полос поглощения) мал. Поэтому для газообразных тел уже нельзя говорить о «поверхностном» поглощении, так как поглощение лучистой энергии происходит в конечном объеме газа. В этом смысле поглощение и излучение газов называются объемными. Кроме того, показатель поглощения b λ для газов зависит от температуры.

По закону поглощения спектральный коэффициент поглощения тела может быть определен по:

Для газообразных тел эта зависимость несколько усложняется тем, что на коэффициент поглощения газа влияет его давление. Последнее объясняется тем, что поглощение (излучение) протекает тем интенсивнее, чем большее число молекул встретит луч на своем пути, а объемное число молекул (отношение числа молекул к объему) прямо пропорционально давлению (при t = const).

В технических расчетах газового излучения, обычно поглощающие газы (CO 2 и H 2 O) входят как компоненты в состав смеси газов. Если давление смеси p, а парциальное давление поглощающего (или излучающего) газа р i , то в необходимо вместо l подставить величину р i 1. Величина р i 1, представляющая собой произведение давления газа на его толщину, носит название эффективной толщины слоя. Таким образом, для газов спектральный коэффициент поглощения

Спектральный коэффициент поглощения газа (в пространстве) зависит от физических свойств газа, формы пространства, его размеров и температуры газа. Тогда в соответствии с законом Кирхгофа спектральная излучательность

Излучательность в пределах одной полосы спектра

По этой формуле определяют излучательность газа в свободное пространство (пустоту). (Свободное пространство можно рассматривать как черное пространство при 0 К.) Но газовое пространство всегда ограничено поверхностью твердого тела, в общем случае имеющей температуру Т ст ≠ Т г и коэффициент черноты ε ст

Излучательность газа в замкнутом пространстве равна сумме излучательностей, взятых по всем полосам спектра:

Опытные исследования показали, что излучательность газов не следует закону Стефана- Больцмана, т.е. зависимости от четвертой степени абсолютной температуры.

Однако для практических расчетов излучения газов пользуются законом четвертых степеней, вводя соответствующую поправку в значение коэффициента черноты газа ε г:

Здесь ε г = f(T,p l)

Средняя длина пути луча

где V- газовый объем; А - площадь поверхности оболочки.

Излучательность газа, компонентами которого являются CO 2 и H 2 O (газообразные продукты сгорания), к оболочке серого тела

в которой последний член учитывает собственное излучение оболочки.

Так называемый эффективный коэффициент черноты оболочки ε" ст, больший, чем ε ст, в связи с наличием излучающего газа.

Коэффициент черноты газа при температуре газа t г

Значения степени черноты ε CO2 и ε H2O в зависимости от температуры при различных значениях параметра p i l приведены на рисунке.

Поправочный коэффициент β определяют по графику.

Полосы излучения и поглощения для С0 2 и Н 2 0 несколько перекрывают одна другую, в связи с чем часть энергии, излучаемой одним газом, поглощается другим. Поэтому коэффициент черноты смеси углекислого газа и водяного пара при температуре стенки t ст

где Δε г - поправка, учитывающая указанное поглощение. Для газообразных продуктов сгорания обычного состава Δε г = 2 - 4% и ею можно пренебречь.

Можно принять, что при ε ст = 0,8 + 1,0 эффективный коэффициент черноты оболочки ε" ст = 0,5(ε ст + 1).

Указанные особенности излучения и поглощения газов позволяют установить механизм так называемого «парникового эффекта», который оказывает существенное влияние на формирование и изменение климата Земли.

Большая часть солнечной радиации проходит сквозь атмосферу и нагревает поверхность Земли. В свою очередь Землей испускается инфракрасное излучение, в результате чего она охлаждается. Однако часть это го излучения поглощается многоатомными («парниковыми») газами атмосферы, которая вследствие этого играет роль «одеяла», удерживающего теплоту. При этом наибольшее влияние на глобальное потепление оказывают такие «парниковые» газы, как двуокись углерода (55%), фреоны и родственные им газы (25%), метан (15%) и др.

На следующей странице еще будут затронуты некоторые законы. Также будет детальное пояснения как происходит тепловое излучение через окно. Будут описаны некоторые факторы, влияющие на теплообмен излучением, а также будут реальные задачи на излучение.