Radiatii infrarosii sau raze infraroșii, aceasta este radiația electromagnetică care ocupă regiunea spectrală dintre lumina roșie (cu o lungime de undă de 0,74 microni) și radiația radio cu unde scurte (1-2 mm).

Descoperirea radiațiilor infraroșii a avut loc în 1800.
Omul de știință englez W. Herschel a descoperit că în spectrul obținut al Soarelui dincolo de limita luminii roșii (adică în partea invizibilă a spectrului), temperatura termometrului crește. Un termometru plasat în spatele părții roșii a spectrului solar a arătat o temperatură crescută în comparație cu termometrele de control situate în lateral.

Regiunea infraroșu a spectrului conform clasificării internaționale este împărțită în:
- la aproape IR-A (de la 0,7 la 1,4 µm);
- IR-B mediu (1,4 - 3 µm);
- departe IR-S (peste 3 microni).

Toate solidele încălzite emit un spectru infraroșu continuu. Aceasta înseamnă că radiația conține unde cu toate frecvențele fără excepție, iar a vorbi despre radiații la orice anumită undă este un exercițiu inutil. Un solid încălzit emite radiații pe o gamă foarte largă de lungimi de undă.

La temperaturi scăzute (sub 400°C), radiația unui corp solid încălzit este aproape în întregime situată în regiunea infraroșu, iar un astfel de corp pare întunecat. Pe măsură ce temperatura crește, fracțiunea de radiație în regiunea vizibilă crește, iar corpul apare inițial:

Roșu închis.............470-650°C

Roșu cireș............700°С

Roșu deschis...............800°С

Portocaliu intens...........900°C

Portocaliu-galben............1000°С

Galben deschis...........1100°C

Galben pai...........1150°C

Alb de luminozitate diferită......1200-1400°C

În acest caz, atât energia radiației totale, cât și energia radiației infraroșii cresc. La temperaturi peste 1000°C, un corp încălzit începe să emită radiații ultraviolete.

Legile radiațiilor termice

Un loc special în teoria radiației termice îl ocupă Corpul Negru Absolut (ABB). Așa a numit G. Kirchhoff un corp a cărui capacitate de absorbție este egală cu unitatea la toate frecvențele și la toate temperaturile. Un corp real reflectă întotdeauna o parte din energia radiației incidente pe el. Chiar și funinginea se apropie de proprietățile unui corp complet negru doar în domeniul optic.

Corpul negru este corpul de referință în teoria radiației termice. Și, deși nu există un corp absolut negru în natură, este destul de simplu să implementezi un model pentru care capacitatea de absorbție la toate frecvențele va diferi neglijabil de unitate. Mai jos sunt legile care se aplică găurii negre.

Legea fundamentală a radiației termice a lui Planck stabilește dependența emisivității unui corp R de lungimea de undă λ și temperatura corpului T.

Dependența lui R de lungimea de undă la temperatură constantă este prezentată în figură. Puterea de radiație are un maxim la o anumită valoare λ max.

Deși spectrul se modifică cu temperatura, are modele generale care nu depind de T, dacă undele sunt exprimate într-o unitate adimensională λ /λ max. Apoi, ponderea energiei emise în diferite zone nu depinde de temperatură (ponderea în % din energia totală este prezentată în figură). Este util să ne amintim asta aproximativ 90% din energie se află în intervalul spectralλ /λ max = 0,5 ... 3,0, adică de la l max /2 la 3 l max.

Legea deplasării lui Wien . Lungime de undă lmax , corespunzătoare densității spectrale maxime de emisivitate a corpului negru, invers proporțională cu temperatura: l max = 2,9/Tunde C este o constantă.

LegeStefan-Boltzmann. Emisivitatea corpului negru, i.e. puterea totală de radiație pe unitate aria, proporțională cu puterea a patra a temperaturii: R= σT 4, unde σ este constanta Stefan-Boltzmann.

În teoria radiațiilor termice, este adesea folosit un model idealizat al corpurilor reale - conceptul de „corp gri”. Un corp este numit „gri” dacă coeficientul său de absorbție este același pentru toate frecvențele și depinde numai de temperatura materialului și de starea suprafeței sale. În realitate, un corp fizic real în caracteristicile sale se apropie de corpul gri doar într-o gamă restrânsă de frecvențe de radiație.

Legea radiației termice a lui Kirchhoff. Raportul dintre densitatea spectrală a luminozității energetice a unui corp și coeficientul său de absorbție monocromatic nu depinde de materialul corpului (adică este același pentru toate corpurile) și este egal cu densitatea spectrală a luminozității energetice a unui corp absolut. corp negru. Această valoare este doar o funcție de temperatură și frecvență de radiație.

Consecințele legii lui Kirchhoff.

Deoarece coeficientul de absorbție pentru orice corp este mai mic decât unitatea, emisivitatea oricărui corp pentru o anumită frecvență de radiație este mai mică decât cea pentru un corp negru. Cu alte cuvinte, un corp negru la orice temperatură și frecvență de radiație este cea mai intensă sursă de radiație.

Dacă un corp nu absoarbe radiații în nicio regiune a spectrului, atunci nu radiază în această regiune a spectrului.

Pentru o anumită temperatură, acele corpuri gri care au un coeficient de absorbție mai mare emit mai puternic.

ȘI intensitatea radiației de la o suprafață încălzită sau printr-o gaură în cuptor poate fi determinată prin formula (la L ≥F 0,5)

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

unde E este intensitatea iradierii, W/m2; F - suprafata radianta, m2; l este distanța de la centrul suprafeței radiante la obiectul iradiat, m; A = 85 - pentru pielea umană și țesătură de bumbac; A = 100 - coeficient constant pentru pânză.

18.1. Aflați temperatura T a cuptorului dacă se știe că radiația dintr-o deschidere din acesta cu o suprafață de S = 6,1 cm 2 are o putere de N = 34,6 W. Radiația ar trebui considerată apropiată de cea a unui corp negru.

18.2. Care este puterea de radiație N a Soarelui? Radiația Soarelui este considerată apropiată de radiația unui corp complet negru. Temperatura de suprafață a Soarelui este T = 5800 K.

18.3. Ce luminozitate energetică R" E are plumb întărit? Raportul dintre luminozitățile energetice ale plumbului și ale unui corp negru pentru o anumită temperatură k =0.6.

18.4. Puterea de radiație a unui corp complet negru este N = 34 kW. Găsiți temperatura T a acestui corp, dacă se știe că suprafața lui S= 0,6 m2.

18.5. Puterea de radiație a unei suprafețe metalice fierbinți N = 0,67 kW. Temperatura suprafeței T = 2500K, aria sa S = 10 cm 2. Ce putere de radiație N ar avea această suprafață dacă ar fi complet neagră? Aflați raportul k dintre luminozitățile energetice ale acestei suprafețe și un corp absolut negru la o temperatură dată.

18.6. Diametrul unui filament de wolfram într-un bec d= 0,3 mm, lungime spirală l = 5 cm Când becul este conectat la tensiunea de alimentare U Prin bec circulă curent de 127 V I = 0,31 A. Aflați temperatura T spirale. Să presupunem că odată ce echilibrul este stabilit, toată căldura eliberată în filament se pierde ca urmare a radiației. Raportul dintre luminozitățile energetice ale wolframului și un corp absolut negru pentru o anumită temperatură este k = 0,31.

18.7. Temperatura unui filament de wolfram într-un bec de 25 wați este T = 2450 K. Raportul dintre luminozitatea sa energetică și luminozitatea energetică a unui corp absolut negru la o temperatură dată k = 0,3. Aflați aria S a suprafeței radiante a spiralei.

18.8. Aflați constanta solară K, adică cantitatea de energie radiantă trimisă de Soare pe unitatea de timp printr-o unitate de suprafață perpendiculară pe razele soarelui și situată la aceeași distanță de aceasta ca și Pământul. Temperatura suprafeței Soarelui este T = 5800K. Radiația Soarelui este considerată apropiată de radiația unui corp complet negru.

18.9. Presupunând că atmosfera absoarbe 10% din energia radiantă. trimisă de Soare, găsiți puterea de radiație N primită de la Soare de o secțiune orizontală a Pământului cu o zonă S= 0,5 ha. Înălțimea Soarelui deasupra orizontului este φ = 30°. Radiația Soarelui este considerată apropiată de radiația unui corp complet negru.

18.10. Cunoscând valoarea constantei solare pentru Pământ (vezi problema 18.8), găsiți valoarea constantei solare pentru Marte.

18.11. Ce luminozitate energetică R e are un corp negru dacă densitatea spectrală maximă a luminozității sale energetice are loc la lungimea de undă λ = 484 nm?

12.18. Puterea de radiație a unui corp absolut negru N = 10 kW Aflați aria S a suprafeței radiante a corpului dacă densitatea spectrală maximă a luminozității energetice a acestuia cade pe lungimea de undă λ = 700 nm.

18.13. În ce regiuni ale spectrului se află lungimile de undă corespunzătoare densității spectrale maxime a luminozității energetice dacă sursa de lumină este: a) spirala unui bec electric (T = 3000 K); b) suprafața Soarelui (T = 6000 K); c) o bombă atomică, în care temperatura se dezvoltă în momentul exploziei T = 10 7 K? Radiația ar trebui considerată apropiată de cea a unui corp negru.

18.14. Figura arată dependența densității spectrale a luminozității energetice a unui corp absolut negru r λ de lungimea de undă λ la o anumită temperatură. La ce temperatură T are legătură cu această curbă? Ce procent din energia emisă se află în spectrul vizibil la această temperatură?

18.15. Când un corp absolut negru este încălzit, lungimea de undă λ la care apare densitatea spectrală maximă a luminozității energetice se modifică de la 690 la 500 nm. De câte ori a crescut prospețimea energetică a corpului?

18.16. La ce lungime de undă λ este densitatea spectrală maximă a luminozității energetice a unui corp absolut negru având o temperatură egală cu temperatura t = 37° corpul uman, adică T = 310K?

18.17. Temperatura T a unui corp absolut negru s-a schimbat când a fost încălzit de la 1000 la 3000 K. De câte ori a crescut luminozitatea sa energetică R e? Cât de mult s-a modificat lungimea de undă λ, la care are loc densitatea spectrală maximă a luminozității energetice? De câte ori a crescut densitatea maximă a luminozității spectrale r λ? ?

18.18. Un corp absolut negru are o temperatură T 1 = 2900 K. Ca urmare a răcirii corpului, lungimea de undă la care scade densitatea spectrală maximă a luminozității energetice s-a modificat cu Δλ = 9 μm. La ce temperatură T2 s-a răcit corpul?

18.19. Suprafața corpului este încălzită la o temperatură T = 1000K. Apoi o jumătate din această suprafață este încălzită la ΔT = 100K, cealaltă este răcită la ΔT = 100K. De câte ori se va schimba luminozitatea energetică? R uh suprafața acestui corp?

18.20. Ce putere N trebuie să fie furnizată unei bile de metal înnegrite cu raza r = 2 cm pentru a menține o temperatură ΔT = 27K peste temperatura ambiantă? Temperatura ambiantă T = 293 K. Să presupunem că căldura se pierde numai din cauza radiațiilor.

18.21. Bila înnegrită se răcește de la o temperatură T 1 = 300 K la T 2 = 293 K. Cât de mult s-a schimbat lungimea de undă λ , corespunzătoare densităţii spectrale maxime a luminozităţii sale energetice?

18.22. Cât de mult va scădea masa Soarelui într-un an din cauza radiațiilor? În ce timp τ va scădea masa Soarelui la jumătate? Temperatura suprafeței solare T= 5800K. Radiația Soarelui este considerată constantă.

Corpurile absolut albe și gri, având aceeași suprafață, sunt încălzite la aceeași temperatură. Comparați fluxurile de radiații termice ale acestor corpuri F 0 (alb) și F (gri). Răspuns: 3. F 0 <Ф. Corpurile absolut negre și gri, având aceeași suprafață, sunt încălzite la aceeași temperatură. Comparați fluxurile de radiații termice ale acestor corpuri Ф 0 (negru) și Ф (gri). Răspuns: 2. F 0 >F. Un corp complet negru este... Răspuns: 1. un corp care absoarbe toată energia undelor electromagnetice incidente pe el, indiferent de lungimea de undă (frecvența). Un corp absolut negru are o temperatură T 1 =2900 K. Ca urmare a răcirii corpului, lungimea de undă la care scade densitatea spectrală maximă a luminozității energetice s-a modificat cu Δλ = 9 μm. La ce temperatură T2 s-a răcit corpul? Constanta Vina cu 1=2,9×10 -3 mK. Răspuns: 2. T 2 =290K. Se ştie că energia maximă a radiaţiei solare corespunde undei l 0 =0,48 μm. Raza Soarelui R= m, masa Soarelui M= kg. În ce moment în timp Soarele pierde 1.000.000 de kg din masa sa? Răspuns: 4. 2×10 -4 Cu. Există două surse complet negre de radiații termice. Temperatura uneia dintre ele este T 1 = 2500 K. Aflați temperatura celeilalte surse dacă lungimea de undă corespunzătoare maximului emisivității sale este cu l = 0,50 μm mai mare decât lungimea de undă corespunzătoare emisivității maxime a primei surse (Wien). constanta legii deplasării b = 0,29 cm× TO). Raspuns: 3.T 2 =1750K. Există două surse complet negre de radiații termice. Temperatura unuia dintre ele este T 1 = 2500 K. Aflați temperatura altei surse dacă lungimea de undă corespunzătoare maximului emisivității acesteia este ∆λ = 0,50 μm mai mare decât lungimea de undă corespunzătoare maximului emisivității primei surse . Raspuns: 1. 1,75 kK. O suprafață metalică cu o suprafață de S = 15 cm 2, încălzită la o temperatură de T = 3 kK, emite 100 kJ într-un minut. Determinați raportul dintre luminozitățile energetice ale acestei suprafețe și corpul negru la o temperatură dată. veterinar: 2. 0.2. Capacitatea de absorbție a unui corp cenușiu poate depinde de: a) frecvența radiațiilor. b) temperatura. Răspuns: 3. a) nu; b) da. Puterea de radiație a unui corp absolut negru este N=34 kW. Aflați temperatura T a acestui corp dacă se știe că suprafața lui este S = 0,6 m 2. Constanta Stefan-Boltzmann d=5,67×10 -8 W/(m 2 ×K 2). Răspuns: 4. T=1000 K. Puterea de radiație a unei suprafețe metalice fierbinți P’=0,67 kW. Temperatura suprafeței T=2500 K, aria sa S=10 cm 2. Aflați raportul k dintre luminozitățile energetice ale acestei suprafețe și a unui corp absolut negru la o temperatură dată (constanta Stefan – Boltzmann σ = 5,67 × 10 -8 W/(m 2 × K 4)). Răspuns: 1. k=0,3. raspuns: 1. 2. Aflați temperatura T a cuptorului dacă se știe că radiația din gaura din acesta cu o suprafață de S = 6,1 cm 2 are o putere de N = 34,6 W. Radiația ar trebui considerată apropiată de radiația unui corp absolut negru (S=5,67×10 -8 W/(m 2 ×K 4)). Răspuns: 2. T=1000K. 2. λm=0,97 um. Răspuns: 2. λm≈0,5 µm. Figura arată dependența densității spectrale a substanțelor (1, 2) de lungimea de undă. Ce se poate spune despre aceste substanțe și despre temperaturile lor? 1) substanțele sunt aceleași, T 1 >T 2. 2) diferite substanțe T 1 3) substanțele sunt aceleași, este imposibil să tragem o concluzie despre relația de temperatură. 4) substanțele sunt aceleași, T 1 5) substanțele sunt diferite, este imposibil să tragem o concluzie despre relația de temperatură. 6) substanțele sunt aceleași, T 1 = T 2. 7) este imposibil să tragem o concluzie despre substanțe, T 1 > T 2. 8) nu se pot trage concluzii despre substanțe, T 1 9) nu există răspunsuri corecte. Răspuns: 9. Nu există răspunsuri corecte. Figura prezintă grafice ale dependenței densității spectrale a luminozității energetice a unui corp absolut negru de lungimea de undă a radiației la diferite temperaturi T 1 și T 2, cu T 1 > T 2 (vertexul T 1 în Ox este mai mare decât T 2) . Care dintre figuri ține cont corect de legile radiației termice? Răspuns: 1. Corect. Suprafața corpului este încălzită la o temperatură de T=1000 K. Apoi o jumătate din această suprafață este încălzită cu ΔT=100 K, cealaltă este răcită cu ΔT=100 K. De câte ori va fi luminozitatea energetică medie Re a suprafața acestui corp se schimbă? Răspuns: 3. 1,06 ori. Un curent electric trece prin placă, în urma căruia atinge o temperatură de echilibru T 0 = 1400 K. După aceasta, puterea curentului electric a scăzut de 2 ori. Determinați noua temperatură de echilibru T. 2. T=1174 K.	Alegeți afirmația corectă. Răspuns: 2. Radiația unui corp complet negru la o temperatură dată depășește radiația oricăror altor corpuri la aceeași temperatură. Alegeți afirmația corectă cu privire la metoda de emisie a undelor electromagnetice. Răspuns: 4. Undele electromagnetice nu sunt emise continuu, ci în cuante separate la orice temperatură peste 0 K. Diametrul spiralei de wolfram dintr-un bec este d=0,3 mm, lungimea spiralei este l=5 cm.Cand becul este conectat la o retea cu o tensiune de U=127V, un curent I=0,31 A. curge prin bec.Aflați temperatura T a spiralei. Să presupunem că odată ce echilibrul este stabilit, toată căldura eliberată în filament se pierde ca urmare a radiației. Raportul dintre luminozitățile energetice ale wolframului și un corp absolut negru pentru o anumită temperatură este k = 0,31. Constanta Stefan-Boltzmann d=5,67×10-8 W/(m 2 ×K 2). Răspuns: 3. T=2600 K. Există două cavități (vezi figura) cu găuri mici de diametre identice d=l.0 cm și suprafețe exterioare absolut reflectorizante. Distanța dintre găuri este de l=10 cm.În cavitatea 1 se menține o temperatură constantă T 1 =1700 K. Calculați temperatura la starea de echilibru în cavitatea 2. 3. T 2 =400 K. Există două cavități (vezi figura) cu găuri mici de diametre identice d cm și suprafețe exterioare absolut reflectorizante. Distanța dintre găuri este de l cm. În cavitatea 1 se menține o temperatură constantă T 1. Calculați temperatura la starea de echilibru în cavitatea 2. Notă: Rețineți că un corp negru este un radiator cosinus. 1. T 2 =T1sqrt(d/2l). Un studiu al spectrului radiației solare arată că densitatea spectrală maximă a emisivității corespunde lungimii de undă l = 500 nm. Considerând Soarele ca fiind un corp absolut negru, determinați emisivitatea (Re) a Soarelui. 2. Re=64 mW/m 2 . Puterea de radiație a unui corp absolut negru este N=10 kW. Aflați aria S a suprafeței radiante a corpului dacă densitatea spectrală maximă a luminozității sale energetice cade pe lungimea de undă λ=700 nm. Constanta Stefan-Boltzmann d=5,67×10 -8 W/(m 2 ×K 2). Raspuns: 3.S=6,0 cm². a) lungimea de undă corespunzătoare densității maxime a radiației spectrale (λ max). b) energia maximă emisă de o undă de lungime dată pe unitatea de timp de la o unitate de suprafață (rλ, t) cu creșterea temperaturii corpului încălzit. 3. a) va scădea; b) va crește. Un corp încălzit produce radiații termice pe întreaga gamă de lungimi de undă. Cum se va schimba: a) lungimea de undă corespunzătoare densității maxime a radiației spectrale (λmax). b) energia maximă emisă de o undă de o lungime dată pe unitatea de timp de la o unitate de suprafață (rλ, t) pe măsură ce temperatura corpului încălzit scade. Răspuns: 2. a) va crește; b) va scadea. Aflați de câte ori este necesar să reduceți temperatura termodinamică a unui corp negru, astfel încât luminozitatea sa energetică Re să scadă de 16 ori? Raspuns: 1.2. Aflați temperatura T a cuptorului dacă se știe că radiația din gaura din acesta cu o suprafață de S = 6,1 cm 2 are o putere de N = 34,6 W. Radiația ar trebui considerată apropiată de radiația unui corp absolut negru (S=5,67×10 -8 W/(m 2 ×K 4)). Răspuns: 2. T=1000K. Aflați lungimea de undă λm corespunzătoare densității spectrale maxime a luminozității energetice dacă sursa de lumină este spirala unui bec electric (T=3000 K). Radiația ar trebui considerată apropiată de cea a unui corp negru. (Constanta Vina C 1 =2,9∙10-3 m∙K). Răspuns: 2. λm=0,97 µm. Aflați lungimea de undă λm corespunzătoare densității spectrale maxime a luminozității energetice dacă sursa de lumină este suprafața Soarelui (T=6000 K). Radiația ar trebui considerată apropiată de radiația unui corp absolut negru (constanta Wien C 1 =2,9∙10 -3 m×K). Răspuns: 2. λm≈0,5 µm. Mai jos sunt caracteristicile radiației termice. Care dintre ele se numește densitatea luminozității spectrale? Răspuns: 3. Energia emisă pe unitatea de timp dintr-o unitate de suprafață a unui corp într-un interval unitar de lungime de undă, în funcție de lungimea de undă (frecvența) și temperatură. Determinați de câte ori este necesar să reduceți temperatura termodinamică a unui corp negru, astfel încât luminozitatea sa energetică Re să scadă de 39 de ori? 3. T 1 /T 2 =2.5. Determinați cum și de câte ori se va schimba puterea de radiație a unui corp negru dacă lungimea de undă corespunzătoare densității maxime a luminozității sale spectrale se schimbă de la 720 nm la 400 nm. Răspuns: 3. 10.5. Determinați temperatura corpului la care acesta, la o temperatură ambiantă t = 27 0 C, a emis energie de 8 ori mai mult decât a absorbit. Răspuns: 2. 504 K. O cavitate cu un volum de 1 litru este umplută cu radiație termică la o temperatură T, a cărei entropie este ς =0,8 10-21 J/K. Cu ce ​​este egală T? Răspuns: 1. 2000K. Care este aria de sub curba de distribuție a energiei radiației? Răspuns: 3. Luminozitate energetică.	Pentru a crește luminozitatea energetică a unui corp absolut negru de 16 ori, este necesară creșterea temperaturii acestuia de λ ori. Determinați λ. Raspuns: 1.2. Pentru a crește luminozitatea energetică a unui corp absolut negru de 16 ori, este necesară reducerea temperaturii acestuia de λ ori. Determinați λ. Raspuns: 3. 1/2. Abilitățile de emisie și absorbție ale corpului gri depind de: a) frecvenţele radiaţiilor. b) temperatura. c) Raportul dintre emisivitatea unui corp și capacitatea sa de absorbție depinde de natura corpului? Raspuns: 2.A) Da; b) da; c) nu. Bila înnegrită se răcește de la temperatura T 1 =300 K la T 2 =293 K. Cât de mult are lungimea de undă λ, corespunzătoare densității spectrale maxime a luminozității sale energetice (constantă în prima lege a lui Wien C 1 =2,9×10-3 mK) schimbat? Răspuns: 2. Δλ=0,23 µm. Ce caracteristică a radiației termice în SI se măsoară în W/m 2? 1. Luminozitate energetică. Ce afirmații sunt adevărate pentru corpurile complet negre? 1 - toate corpurile absolut negre la o anumită temperatură au aceeași distribuție a energiei radiative pe lungimi de undă. 3 - luminozitatea tuturor corpurilor absolut negre se schimbă în mod egal cu temperatura. 5 - emisivitatea unui corp complet negru crește odată cu creșterea temperaturii. Răspuns: 1. 1, 3, 5. Care lege nu se aplică la lungimile de undă în infraroșu? Răspuns: 3. Legea Rayleigh-Jeans. Care dintre figuri ține cont corect de legile radiației termice (T 1 >T 2)? Răspuns:O:3. Câtă putere de radiație are Soarele? Radiația Soarelui este considerată apropiată de radiația unui corp complet negru. Temperatura suprafeței solare T=5800K (R=6,96*108m – raza Soarelui). Răspuns: 1. 3,9×1026 W. Ce luminozitate energetică Re are un corp absolut negru dacă densitatea spectrală maximă a luminozității sale energetice scade la lungimea de undă l=484 nm. (C1 =2,9×10-3 m×K). Răspuns: 4. 73 mW/m 2 . Ce luminozitate energetică Re are un corp absolut negru dacă densitatea spectrală maximă a luminozității sale energetice cade pe lungimea de undă λ=484 nm (constanta Stefan-Boltzmann σ=5,67×10 -8 W/(m 2 ×K 4), Wien constanta C 1 =2,9×10 -3 m×K)? Răspuns: 3. Re=73,5 mW/m 2 . O suprafață metalică cu o suprafață de S = 15 cm 2, încălzită la o temperatură de T = 3 kK, emite 100 kJ într-un minut. Determinați energia emisă de această suprafață, presupunând că este neagră. Raspuns: 3. 413 kJ. La ce lungime de undă λ are loc densitatea spectrală maximă a luminozității energetice a unui corp absolut negru, care are o temperatură egală cu temperatura t = 37 ° C a corpului uman, adică T = 310 K? constanta lui Wien c1=2,9×10 –3 m×K. Raspuns: 5.λm=9,3 um. La ce lungime l este densitatea spectrală maximă a luminozității energetice a unui corp absolut negru, care are o temperatură egală cu t 0 = 37 ° C a corpului uman? Răspuns: 3. 9,35 microni. Figura prezintă curba de distribuție a energiei de radiație a unui corp absolut negru la o anumită temperatură. Care este aria de sub curba de distribuție? Răspuns: 1. Re=89 mW/m 2 . Figura arată dependența (vârfurile sunt diferite în Ox) a densității spectrale a substanțelor (1, 2) de lungimea de undă. Ce se poate spune despre aceste substanțe și despre temperaturile lor? Răspuns: 7. Nu se pot trage concluzii despre substanțe, T 1 > T 2. Determinați viteza maximă a fotoelectronilor ejectați de pe suprafața metalului dacă fotocurentul se oprește atunci când se aplică o tensiune de întârziere U 0 = 3,7 V. Răspuns: 5. 1,14 mm/s. Determinați cum se va schimba luminozitatea energetică dacă temperatura termodinamică a unui corp negru crește de 3 ori? Răspuns: Creșteți de 81 de ori. Determinați temperatura T a Soarelui, luând-o ca pe un corp absolut negru, dacă se știe că intensitatea maximă a spectrului Soarelui se află în regiunea verde λ=5×10 ‾5 cm. Răspuns: 1. T=6000K. Determinați lungimea de undă corespunzătoare intensității maxime din spectrul unui corp absolut negru a cărui temperatură este de 106 K. Raspunsul 1.λ max =29Å. Determinați de câte ori va crește puterea de radiație a unui corp negru dacă lungimea de undă corespunzătoare densității maxime a luminozității sale spectrale se schimbă de la 720 nm la 400 nm. Răspuns: 4. 10.5. După ce lege se modifică raportul dintre emisivitatea rλ,T a unei substanțe date și capacitatea de absorbție aλ,T? Raspuns: 2. const. O cavitate cu un volum de 1 litru este umplută cu radiație termică la o temperatură de 2000K. Aflați capacitatea termică a cavității C (J/K). Răspuns: 4. 2,4×10 -8 .
La studierea stelei A și a stelei B s-a stabilit raportul maselor pierdute de acestea pe unitatea de timp: DmA=2DmB, iar razele lor: RA=2,5RB. Energia maximă de radiație a stelei B corespunde lungimii de undă lB=0,55 μm. Ce undă corespunde energiei maxime de radiație a stelei A? Răspuns: 1. lA=0,73 µm. Când un corp negru este încălzit, lungimea de undă λ, care corespunde densității spectrale maxime a luminozității energetice, se modifică de la 690 la 500 nm. De câte ori s-a schimbat luminozitatea energetică a corpului? Raspuns: 4. 3.63 ori. La trecerea prin placă, lumina cu lungimea de undă λ este atenuată datorită absorbției de N 1 ori, iar lumina cu lungimea de undă λ 2 de N 2 ori. Determinați coeficientul de absorbție pentru lumina cu lungimea de undă λ 2 dacă coeficientul de absorbție pentru λ 1 este egal cu k 1 . 3.k 2 =k 1 ×lnN 2 /lnN 1 . Temperatura de echilibru a corpului este T. Aria suprafeței radiante este S, capacitatea de absorbție este a. Puterea eliberată în corp a crescut cu P. Determinați noua temperatură de echilibru T 1. T 1 = sqrt^4(T^4+ P/ la fel de× psi). Presupunând că pierderile de căldură sunt cauzate doar de radiații, determinați câtă putere trebuie furnizată unei bile de cupru cu diametrul d=2 cm pentru a-și menține temperatura la t=17 ˚C la o temperatură ambiantă de t 0 =- 13 ˚C. Luați absorbtivitatea cuprului egală cu A=0,6. Răspuns: 2, 0,1 W. Considerând nichelul ca fiind un corp negru, determinați puterea necesară pentru a menține temperatura nichelului topit 1453 0 C neschimbată dacă suprafața sa este de 0,5 cm 2. Răspuns: 1. 25 W. Temperatura suprafeței interioare a unui cuptor cu mufă cu o gaură deschisă cu un diametru de 6 cm este de 650 0 C. Presupunând că orificiul cuptorului radiază ca un corp negru, determinați ce fracție din putere este disipată de pereți dacă puterea consumat de cuptor este de 600 W. Răspuns: 1. h=0,806. Luminozitatea energetică a unui corp absolut negru Re=3 × 10 4 W/m2. Determinați lungimea de undă λm corespunzătoare emisivității maxime a acestui corp Răspuns: 1. λm=3,4×10 -6 m. Luminozitatea energetică a unui corp absolut negru ME = 3,0 W/cm 2 . Determinați lungimea de undă corespunzătoare emisivității maxime a acestui corp (S=5,67×10 -8 W/m 2 K 4, b=2,9×10 -3 m×K). Răspuns: 1. lm=3,4 microni. Luminozitatea energetică a unui corp negru ME. Determinați lungimea de undă corespunzătoare emisivității maxime a acestui corp. 1. Lam= b× sqrt^4(psi/ M). Luminozitatea energetică a unui corp absolut negru Re = 3 × 104 W/m 2. Determinați lungimea de undă λm corespunzătoare emisivității maxime a acestui corp Răspuns: 1. λm=3,4×10 -6 m La studierea stelei A și a stelei B s-a stabilit raportul dintre masele pe care le pierd pe unitatea de timp: m A =2m B, iar razele lor: R A =2,5 R B. Energia maximă de radiație a stelei B corespunde undei  B =0,55 μm. Ce undă corespunde energiei maxime de radiație a stelei A? Raspunsul 1. A =0,73 um. Luarea Soarelui (raza este 6,95 × 10 8 m) pentru un corp negru și ținând cont de faptul că densitatea maximă a luminozității spectrale a acestuia corespunde unei lungimi de undă de 500 nm, determinați: a) energia emisă de Soare sub formă de unde electromagnetice timp de 10 minute. b) masa pierdută de Soare în acest timp din cauza radiațiilor. Răspuns: 2. a) 2,34×10 29 J; b) 2,6×10 12 kg. Într-un vas evacuat a fost introdusă o minge de argint (capacitate termică – 230 J/gK, densitate – 10500 kg/m3) cu diametrul d=1 cm, a cărei temperatură a pereților a fost menținută aproape de zero absolut. Temperatura inițială este T 0 =300 K. Presupunând că suprafața mingii este complet neagră, aflați după cât timp temperatura acesteia va scădea de n=2 ori. Răspuns: 4. 1,7 ore. Temperatura (T) a peretelui interior al cuptorului cu o gaură deschisă de suprafață (S = 50 cm 2) este egală cu 1000 K. Dacă presupunem că gaura cuptorului radiază ca un corp negru, atunci aflați câtă putere este pierdute de pereți din cauza conductibilității lor termice, dacă puterea consumată de cuptor este de 1,2 kW? Răspuns: 2. 283 W. Temperatura unui filament de wolfram într-un bec de 25 wați este T=2450 K. Raportul dintre luminozitatea sa energetică și luminozitatea energetică a unui corp absolut negru la o temperatură dată este k=0,3. Aflați aria S a suprafeței radiante a spiralei. (Constanta Stefan–Boltzmann σ=5,67×10 -8 W/(m 2 ×K 4)). Raspuns: 2.S=4×10 -5 m 2 . Temperatura stelei „albastre” este de 30.000 K. Determinați intensitatea radiației integrale și lungimea de undă corespunzătoare emisivității maxime. Răspuns: 4. J=4,6×1010 W/m 2 ; λ=9,6×10 -8 m. Temperatura T a unui corp absolut negru s-a schimbat atunci când a fost încălzit de la 1000 la 3000 K. Cât de mult a avut lungimea de undă λ, care corespunde densității spectrale maxime a luminozității energetice (constantă în prima lege a lui Wien C 1 = 2,9 × 10 -3 m × K), schimbare? Răspuns: 1. Δλ=1,93 µm. Temperatura T a unui corp absolut negru s-a schimbat atunci când a fost încălzit de la 1000 la 3000 K. De câte ori a crescut densitatea sa maximă de luminozitate spectrală rλ? Răspuns: 5. 243 ori. Corpul negru a fost încălzit de la o temperatură Τ=500K la un anumit Τ 1, în timp ce luminozitatea sa energetică a crescut de 16 ori. Care este temperatura T1? Răspuns: 3. 1000 K.	Un corp negru a fost încălzit de la o temperatură Τо = 500 K la Τ 1 = 700 K. Cum s-a modificat lungimea de undă corespunzătoare densității spectrale maxime a luminozității energetice? Răspuns: 1. Scăzut cu 1,7 microni. Bilă de argint (capacitate termică – 230 J/g × K, densitate – 10500 kg/m 3) cu diametrul d=1 cm plasat într-un vas evacuat, a cărui temperatură a pereților se menține aproape de zero absolut. Temperatura inițială este T 0 =300 K. Presupunând că suprafața mingii este complet neagră, aflați după cât timp temperatura acesteia va scădea de n=2 ori. Răspuns: 5. 2 ore. Corpul gri este... Răspuns: 2. un corp a cărui capacitate de absorbție este aceeași pentru toate frecvențele și depinde doar de temperatură, material și starea suprafeței. Considerând nichelul ca fiind un corp negru, determinați puterea necesară pentru a menține temperatura nichelului topit 1453 0 C neschimbată dacă suprafața sa este de 0,5 cm 2. Răspuns: 1. 25,2 W. Temperatura uneia dintre cele două surse absolut negre T 1 = 2900 K. Aflați temperatura celei de-a doua surse T 2 dacă lungimea de undă corespunzătoare maximului emisivității sale este ∆λ = 0,40 μm mai mare decât lungimea de undă corespunzătoare emisivității maxime a primei surse. Răspuns: 1. 1219 K. Temperatura suprafeței interioare a cuptorului cu mufă cu o gaură deschisă cu o suprafață de 30 cm 2 este de 1,3 kK. Presupunând că deschiderea cuptorului radiază ca un corp negru, determinați cât de multă putere este disipată de pereți dacă puterea consumată de cuptor este de 1,5 kW. Raspuns: 3. 0,676. Temperatura de suprafață a unui corp absolut negru este T = 2500 K, aria sa este S = 10 cm 2. Ce putere de radiație P are această suprafață (constanta Stefan-Boltzmann σ=5,67 × 10 -8 W/(m2 × La 4))? Raspuns: 2. P=2,22 kW. Temperatura T a unui corp absolut negru s-a schimbat la încălzire de la 1000 la 3000 K. De câte ori a crescut luminozitatea sa energetică Re? Raspuns: 4. 81 ori. Corpul negru se află la o temperatură T 0 =2900 K. Când se răcește, lungimea de undă corespunzătoare densității spectrale maxime a luminozității energetice se modifică cu 10 microni. Să se determine temperatura T 1 la care s-a răcit corpul. Răspuns: 1. 264 K. Corpul negru a fost încălzit de la temperatura Τ la Τ 1, în timp ce luminozitatea sa energetică a crescut de 16 ori. Aflați raportul Τ 1 / Τ. Răspuns: 2. 2. Corpul negru a fost încălzit de la temperatura T 1 = 600 K la T 2 = 2400 K. Determinați de câte ori s-a schimbat luminozitatea sa energetică. Răspuns: 4. Creștet de 256 de ori. Ce se întâmplă cu emisivitatea maximă a unui corp negru pe măsură ce temperatura crește? Răspuns: 3. Creșteri în magnitudine, deplasări la lungimi de undă mai scurte. Fotoefect de supapă... Răspuns: 3. constă în apariţia foto-EMF datorită efectului fotoelectric intern în apropierea suprafeţei de contact a unui metal - conductor sau semiconductor cu joncţiune p-n. Efectul fotoelectric al supapei este... Răspuns: 1. apariția EMF (foto-EMF) la iluminarea contactului a doi semiconductori diferiți sau a unui semiconductor și a unui metal (în absența unui câmp electric extern). Efect foto extern... Răspuns: 1. presupune îndepărtarea electronilor de pe suprafaţa unor substanţe solide şi lichide sub influenţa luminii. Efect foto intern... Răspuns: 2. constă în îndepărtarea electronilor de pe suprafaţa substanţelor solide şi lichide sub influenţa luminii. Care este energia cinetică maximă a fotoelectronilor la iluminarea unui metal cu funcție de lucru A=2 eV cu lumină cu lungimea de undă λ=6,2×10 -7 m? Răspuns: 10 eV. Eficiența unei lămpi electrice de 100 de wați în regiunea luminii vizibile este η=1%. Estimați numărul de fotoni emiși pe secundă. Să presupunem că lungimea de undă emisă este de 500 nm. Răspuns: 2. 2,5×10 18 ph/s. Limita roșie a efectului fotoelectric pentru un metal λ 0. Care este energia cinetică a fotoelectronilor atunci când acest metal este iluminat cu lumină de lungime de undă λ (λ<λ 0). Постоянная Планка h, скорость света C. Raspuns: 3.h× C×(λ 0 - λ )/ λλ 0 . Limita roșie a efectului fotoelectric pentru unele metale este  max =275 nm. Care este energia minimă a unui foton care provoacă efectul fotoelectric? Răspuns: 1. 4,5 eV. Figura prezintă caracteristicile curent-tensiune a doi fotocatozi iluminați de aceeași sursă de lumină. Ce fotocatod are o funcție de lucru mai mare? Răspuns: 2>1. Figura prezintă caracteristica curent-tensiune a unei fotocelule. Determinați numărul N de fotoelectroni care părăsesc suprafața catodului pe unitatea de timp. Răspuns: 4. 3,75×10 9 .	Efectul fotoelectric intern este... Răspuns: 2. tranziții ale electronilor în interiorul unui semiconductor sau dielectric cauzate de radiația electromagnetică de la stările legate la cele libere fără a zbura. În ce efect fotoelectric crește concentrația purtătorilor de curent liber sub influența luminii incidente? Răspuns: 2. Intern. În experimentul lui Stoletov, o placă de zinc încărcată negativ a fost iradiată cu lumină dintr-un arc voltaic. Până la ce potențial maxim va fi încărcată o placă de zinc atunci când este iradiată cu lumină monocromatică cu o lungime de undă de  = 324 nm, dacă funcția de lucru a electronilor de pe suprafața zincului este egală cu Aout = 3,74 eV? Răspuns: 2. 1,71 V. Electronii eliminați de lumină în timpul efectului fotoelectric când fotocatodul este iradiat cu lumină vizibilă sunt complet întârziați de tensiunea inversă U=1,2 V. Lungimea de undă a luminii incidente este λ=400 nm. Determinați marginea roșie a efectului fotoelectric. 4. 652 nm. Alegeți afirmațiile corecte: 1. Electronii sunt ejectați din metal dacă frecvența luminii incidente asupra metalului este mai mică decât o anumită frecvență ν gr. 2. Electronii sunt ejectați din metal dacă frecvența luminii incidente pe metal este mai mare decât o anumită frecvență ν gr. 3. Electronii sunt ejectați din metal dacă lungimea de undă a luminii incidente pe metal este mai mare decât o anumită lungime de undă λ gr. 4. λ gr – lungimea de undă, care este constantă pentru fiecare metal. 5. ν gr – frecvența este diferită pentru fiecare substanță: 6. Electronii sunt ejectați din metal dacă lungimea de undă a luminii incidente pe metal este mai mică decât o anumită lungime de undă λ gr. Răspuns: b) 2, 5. Tensiunea de menținere pentru o placă de platină (funcția de lucru 6,3 eV) este de 3,7 V. În aceleași condiții pentru o altă placă, tensiunea de menținere este de 5,3 V. Determinați funcția de lucru a electronilor de pe această placă. Răspuns: 1. 4,7 eV. Se știe că lungimea de undă a luminii incidente pe un metal poate fi determinată prin formula. Determinați semnificația fizică a coeficienților a, b, c. Raspuns: 4.A– constanta lui Planck,b-funcția de lucru,c– viteza luminii în vid. Cum se va schimba dependența fotocurentului de tensiunea dintre fotocatod și rețea dacă numărul de fotoni care lovesc fotocatodul pe unitatea de timp scade la jumătate, iar lungimea de undă crește de 2 ori. Relaționați-vă cu graficul. Raspunsul 1. Potasiul este iluminat cu lumină monocromatică cu o lungime de undă de 400 nm. Determinați cea mai mică tensiune de întârziere la care se oprește fotocurent. Funcția de lucru a electronilor din potasiu este de 2,2 eV. Răspuns: 3. 0,91 V. Care este energia cinetică maximă a fotoelectronilor la iluminarea unui metal cu funcție de lucru A = 2 eV cu lumină cu lungimea de undă λ = 550 nm? Răspuns: 1. 0,4 eV. Limita roșie a efectului fotoelectric pentru metal () este 577 nm. Găsiți energia fotonică minimă (E min) care provoacă efectul fotoelectric Răspuns: 1. 2,15 eV. Limita roșie a efectului fotoelectric pentru un metal () este 550 nm. Găsiți energia fotonică minimă (E min) care provoacă efectul fotoelectric. Răspuns: 1. 2,24 eV. Viteza maximă inițială (energie cinetică inițială maximă) a fotoelectronilor... Răspuns: 2. nu depinde de intensitatea luminii incidente. Există o distanță S între fotocatod și anod și se aplică o astfel de diferență de potențial încât cei mai rapizi fotoelectroni pot zbura doar jumătate de S. Ce distanță vor zbura dacă distanța dintre electroni se înjumătățește sub aceeași diferență de potențial? Răspuns:S/4. Cea mai mare lungime de undă a luminii la care are loc efectul fotoelectric pentru wolfram este de 275 nm. Găsiți cea mai mare viteză a electronilor ejectați din tungsten de lumină cu o lungime de undă de 250 nm. Răspuns: 2. 4×10 5 . Aflați până la ce potențial va fi încărcată o minge metalică solitară cu funcție de lucru A=4 eV atunci când este iradiată cu lumină cu lungimea de undă λ=3×10 -7 m. Răspuns: 1. 0,14 V. Aflați până la ce potențial va fi încărcată o minge metalică solitară cu funcție de lucru A=4 eV atunci când este iradiată cu lumină cu o lungime de undă λ=3×10 -7. Răspuns: 2. 8,5×10 15 . Aflați lungimea de undă a radiației a cărei masă fotonului este egală cu masa în repaus a electronului. Răspuns: 15. 14.43. Găsiți tensiunea la care tubul cu raze X ar funcționa astfel încât unda minimă de radiație să fie egală cu 0,5 nm. Raspuns: 2. 24,8 kV. Aflați frecvența ν a luminii care smulge electronii din metal, care sunt complet întârziați de diferența de potențial Δφ = 3 V. Frecvența de tăiere a efectului fotoelectric este ν 0 = 6 × 10 14 Hz. Răspuns: 1. ν =13,2×10 14 Hz Lumina monocromatică (λ=0,413 μm) cade pe o placă de metal. Fluxul fotoelectronilor emiși de pe suprafața metalului este complet întârziat când diferența de potențial a câmpului electric de frânare atinge U = 1 V. Determinați funcția de lucru. Raspuns: 2.A=3,2×10 -19 J. În fiecare secundă, pe suprafața metalică cad 10 19 fotoni de lumină monocromatică cu o putere de 5 W. Pentru a opri emisia de electroni, trebuie aplicată o diferență de potențial retardantă de 2 V. Determinați funcția de lucru a electronilor (în eV). Raspuns: 1. 1.125.
În fiecare secundă, 10 19 fotoni de lumină monocromatică cu o putere de 6,7 W cad pe suprafața metalică. Pentru a opri emisia de electroni, trebuie să aplicați o diferență de potențial de restricție de 1,7 V. Determinați: a) funcţia de lucru a electronilor b) viteza maximă a fotoelectronilor. Răspuns: 1. a) 2,5 eV; b) 7,7×10 5 Domnișoară. Lumina monocromatică cu o lungime de undă de λ=310 nm este incidentă pe suprafața litiului. Pentru a opri fotocurent, este necesar să se aplice o diferență de potențial de întârziere U3 de cel puțin 1,7 V. Determinați funcția de lucru a electronilor din litiu. Răspuns: 2. 2,31 eV. Figura 1 prezintă caracteristicile curent-tensiune ale unei fotocelule atunci când este iluminată cu lumină monocromatică din două surse cu frecvențele V 1 (curba 1) și V 2 (curba 2). Comparați mărimile fluxurilor de lumină, presupunând că probabilitatea ca electronii să fie eliminati nu depinde de frecvență. Răspuns: 2. F 1 <Ф 2 . Figura 1 prezintă caracteristicile curent-tensiune ale unei fotocelule atunci când este iluminată cu lumină monocromatică din două surse cu frecvențele V 1 (curba 1) și V 2 (curba 2). Comparați frecvențele V 1 și V 2. Opțiuni: Raspunsul 1.V 1 > V 2 . Figura prezintă caracteristicile curent-tensiune pentru o celulă foto. Care afirmații sunt adevărate? ν este frecvența luminii incidente, Ф este intensitatea. Răspuns: 1. ν 1 >ν 2 , F 1 =F 2 . Figura arată dependența diferenței de potențial de întârziere Uз de frecvența luminii incidente ν pentru unele materiale (1, 2). Cum se compară funcțiile de lucru A out pentru aceste materiale? Răspuns: 2. A 2 >A 1 . Figura prezintă caracteristicile curent-tensiune ale unei fotocelule atunci când este iluminată cu lumină monocromatică din două surse cu frecvențele v  și  v 2. Comparați frecvențele v  și v 2 . Raspuns: 2.v  > v 2 . Figura prezintă caracteristica curent-tensiune a efectului fotoelectric. Determinați care curbă corespunde iluminării ridicate (Ee) a catodului, la aceeași frecvență a luminii. Răspuns: 1. Curba 1. Figura prezintă caracteristica curent-tensiune a efectului fotoelectric. Determinați care curbă corespunde frecvenței mai mari a luminii, având în vedere aceeași iluminare a catodului. Răspuns: 3. Frecvențele sunt egale. Figura prezintă caracteristicile curent-tensiune ale unei fotocelule atunci când este iluminată cu lumină monocromatică din două surse cu frecvențele v  și  v 2. Raspuns: 2.v  > v 2. Funcția de lucru a unui electron care părăsește suprafața unui metal este A1=1 eV, iar din celălalt, A2=2 eV. Se va observa un efect fotoelectric la aceste metale dacă energia fotonilor radiației incidente asupra lor este de 4,8×10 -19 J? Răspuns: 3. Va fi pentru ambele metale. Funcția de lucru a unui electron care părăsește suprafața unui metal este A1=1 eV, iar din celălalt, A2=2 eV. Se va observa un efect fotoelectric la aceste metale dacă energia fotonilor radiației incidente asupra lor este de 2,8×10 -19 J? Răspuns: 1. Numai pentru metal cu funcție de ieșire A1. Funcția de lucru a unui electron de pe suprafața cesiului este egală cu A out = 1,89 eV. Cu ce ​​viteză maximă v zboară electronii din cesiu dacă metalul este iluminat cu lumină galbenă cu o lungime de undă =589 nm? Răspuns: 4. ν=2,72×10 5 Domnișoară. Funcția de lucru a unui electron care părăsește suprafața unui metal este A1=1 eV, iar din celălalt, A2=2 eV. Se va observa efectul fotoelectric la aceste metale dacă energia fotonilor luminii incidente asupra lor este de 4,8×10 -19 J? Răspuns: 4. Nu, pentru ambele metale. Dimensiunea în sistemul SI a expresiei h×k, unde h este constanta lui Planck, k este numărul de undă, este: Răspuns: 5. kg×m/s. Un tub de raze X care funcționează sub o tensiune de U=50 kV și consumând un curent de putere I emite fotoni cu lungimea de undă medie λ într-un timp tN. Determinați factorul de eficiență η. Răspuns:NHC/ IUtλ. Câți fotoni cad într-o lumină a ochiului unei persoane, dacă ochiul percepe lumină cu o lungime de undă de 1 micron la o putere a fluxului luminos de 4 × 10 -17 W? Răspuns: 1.201. Câți fotoni conține E=10 7 J de radiație cu lungimea de undă =1 μm? Răspuns: 5,04×10 11 . Figura 1 prezintă caracteristicile curent-tensiune ale unei fotocelule atunci când este iluminată cu lumină monocromatică din două surse cu frecvențele n 1 (curba 1) și n 2 (curba 2). Comparați frecvențele n 1 și n 2. Răspuns: 1. n 1 >n 2 . Determinați funcția de lucru. Răspuns: 2. A=3,2×10 -19 J. Determinați funcția de lucru A a electronilor din sodiu dacă limita roșie a efectului fotoelectric este lp = 500 nm (h = 6,62 × 10 -34 J × s, c = 3 × 108 m / s). Răspuns: 1. 2,49 eV. Determinați viteza maximă Vmax a fotoelectronilor ejectați de pe suprafața argintului prin radiația ultravioletă cu lungimea de undă l=0,155 μm. la locul de muncă pentru argint A=4,7 eV. Răspuns: 1,1,08 mm/s. Determinați lungimea de undă a „limitei roșii” a efectului fotoelectric pentru aluminiu. Funcția de lucru A out =3,74 Ev. Răspuns: 2. 3,32×10 -7 . Determinați limita roșie Lam a efectului fotoelectric pentru cesiu dacă, atunci când suprafața acestuia este iradiată cu lumină violetă cu lungimea de undă λ=400 nm, viteza maximă a fotoelectronilor este de 0,65 impulsuri/s (h=6,626×10 -34 J×s) . Răspuns: 640 nm.	Determinați „limita roșie” a efectului fotoelectric pentru argint dacă funcția de lucru este de 4,74 eV. Raspuns: 2.λ 0 =2,64×10 -7 m. Determinați viteza maximă a fotoelectronilor dacă fotocurentul este convertit la o diferență de potențial de întârziere de 1 V (sarcina electronilor 1,6 × 10 -19 C, masa electronului 9,1 × 10 -31 kg). Răspuns: 1. 0,6×10 6 Domnișoară. Determinați ordinea dependenței a) curent de saturaţie b) numărul de fotoelectroni care părăsesc catodul pe unitatea de timp cu efectul fotoelectric de la iluminarea energetică a catodului. Răspuns: 3. a) 1; b) 1. Fotocatodul este iluminat de diverse surse de lumină monocromatică. Dependența fotocurentului de tensiunea dintre catod și anod cu o sursă de lumină este afișată prin curba 1, iar cu alta prin curba 2 (Fig. 1). Cum diferă sursele de lumină unele de altele? Răspuns: 2. Prima sursă de lumină are o frecvență de radiație mai mare decât a doua. Fotonii cu energia E=5 eV trag fotoelectronii din metal cu funcția de lucru A=4,7 eV. Determinați impulsul maxim transferat pe suprafața acestui metal atunci când este emis un electron. Răspuns: 4. 2,96×10 -25 kg×m/s. Fotoelectronii scoși de pe suprafața metalului sunt complet întârziați atunci când se aplică o tensiune inversă U = 3 V. Efectul fotoelectric pentru acest metal începe la frecvența luminii monocromatice incidente ν = 6 × 10 14 s -1 . Determinați funcția de lucru a electronilor din acest metal. Răspuns: 2. 2,48 eV. Fotoelectronii ejectați de pe suprafața metalului sunt complet întârziați la U® = 3 V. Efectul fotoelectric pentru acest metal începe la o frecvență n 0 = 6 × 10 14 s - 1. Determinați frecvența luminii incidente. Răspuns: 1. 1,32×10 15 Cu -1 . a) a=h/A afară; c=m/2h. b) a=h/A out; c=2h/m. c) a=A out /h; c=2h/m. d) nu există un răspuns corect. Răspuns: d) nu există un răspuns corect. a) a=h/A afară; c=m/2h. b) a=h/A out; c=2h/m. c) a=A out /h; c=m/2h. d) a=A out /h; c=2h/m. Raspuns: c)A= A afară / h; c= m/2 h. Determinați câți fotoni cad într-un minut pe 1 cm 2 din suprafața Pământului, perpendicular pe razele solare, dacă lungimea medie de undă a luminii solare  av = 550 nm, constanta solară  = 2 cal/(cm 2 min). Raspuns: 3.n=2,3×10 19 . Determinați viteza fotoelectronilor ejectați de pe suprafața argintului de razele ultraviolete (λ = 0,15 μm, m e = 9,1 × 10 -31 kg). Răspuns: 3. 1,1×10 6 Domnișoară. De ce mărimi depinde „limita roșie” a efectului fotoelectric n 0? Răspuns: 1. Despre natura chimică a substanței și starea suprafeței acesteia. O placă de cesiu este iluminată cu lumină cu o lungime de undă de =730 nm. Viteza maximă de emisie de electroni este v=2,5×10 5 m/s. Un polarizator a fost instalat pe calea fasciculului de lumină. Gradul de polarizare P=0,16. Care va fi viteza maximă de emisie de electroni dacă funcția de lucru pentru cesiu Aout = 1,89 eV? Răspuns: 4. ν 1 =2,5×10 5 Domnișoară. Constanta lui Planck h are dimensiune. Răspuns: 5. J×s. Este în general acceptat că în timpul fotosintezei, este nevoie de aproximativ 9 fotoni pentru a transforma o moleculă de dioxid de carbon în hidrocarburi și oxigen. Să presupunem că lungimea de undă incidentă pe centrală este de 670 nm. Care este eficiența fotosintezei? Vă rugăm să rețineți că reacția chimică inversă necesită 29%. 2. 29%. Când un metal este înlocuit cu altul, lungimea de undă corespunzătoare „limitei roșii” scade. Ce puteți spune despre funcția de lucru a acestor două metale? Răspuns: 2. Al doilea metal are mai mult. Este în general acceptat că în timpul fotosintezei, este nevoie de aproximativ 9 fotoni pentru a transforma o moleculă de dioxid de carbon în hidrocarburi și oxigen. Să presupunem că lungimea de undă a luminii care cade pe plantă este de 670 nm. Care este eficiența fotosintezei? Vă rugăm să rețineți că reacția chimică inversă eliberează 4,9 eV. Răspuns: 2. 29%. Care este lungimea de undă a marginii roșii a efectului fotoelectric pentru zinc? Funcția de lucru pentru zinc A=3,74 eV (constanta Planck h=6,6 × 10 -34 J × Cu; sarcina electronilor e=1,6 × 10 -19 C). 3. 3,3×10 -7 m. Care este viteza maximă a unui electron ejectat de pe suprafața sodiului (funcția de lucru – 2,28 eV) de către lumina cu o lungime de undă de 550 nm? Răspuns: 5. Nu există un răspuns corect. Care este viteza maximă a unui electron ejectat de pe suprafața sodiului (funcția de lucru – 2,28 eV) de către lumina cu o lungime de undă de 480 nm? Răspuns: 3. 3×105 m/s. Un electron accelerat de un câmp electric a dobândit o viteză la care masa sa a devenit egală cu dublul masei sale în repaus. Aflați diferența de potențial trecută de electron. Răspuns: 5. 0,51 mV. Energia unui foton de lumină monocromatică cu lungimea de undă λ este egală cu: Raspunsul 1.hc/λ.	Sunt adevărate următoarele afirmații: a) împrăștierea are loc atunci când un foton interacționează cu un electron liber, iar efectul fotoelectric apare atunci când interacționează cu electronii legați; b) absorbția unui foton de către un electron liber este imposibilă, deoarece acest proces este în conflict cu legile conservării impulsului și energiei. 3. a) da b) da În ce caz se observă efectul Compton invers, asociat cu o scădere a lungimii de undă ca urmare a împrăștierii luminii de către o substanță? 2. Când un foton interacționează cu electroni relativiști Ca rezultat al efectului Compton, un foton care se ciocnește cu un electron a fost împrăștiat printr-un unghi q = 900. Energia e’ a fotonului împrăștiat este de 0,4 MeV. Determinați energia fotonului (e) înainte de împrăștiere. 1,1,85 MeV Ca urmare a împrăștierii Compton, într-un caz fotonul a zburat într-un unghi față de direcția originală a fotonului incident, iar în celălalt - într-un unghi. În ce caz lungimea de undă a radiației după împrăștiere este mai mare și în ce caz electronul care participă la interacțiune primește o energie mai mare? 4. 2 , 2 Ca rezultat al efectului Compton, un foton care se ciocnește cu un electron a fost împrăștiat printr-un unghi =90 0 . Energia fotonului împrăștiat E’=6,4*10^-14 J. Determinați energia E a fotonului înainte de împrăștiere. (s=3*10^8m/s, m ​​​​e =9,1*10^-31kg). 2. 1,8*10^-18J Care este diferența dintre natura interacțiunii dintre un foton și un electron în timpul efectului fotoelectric (PE) și efectul Compton (EC)? 2. FE: un foton interacționează cu un electron legat și este absorbit EC: un foton interacționează cu un electron liber și este împrăștiat Pentru ce lungimi de undă se observă efectul Compton? 1. Unde de raze X Pentru ce lungimi de undă se observă efectul Compton? Efectul Compton este vizibil pentru spectrul de raze X la lungimi de undă de ~10 -12 m. 1 - intens pentru substantele cu greutate atomica mica. 4 - slab pentru substanțele cu greutate atomică mare. 2) 1,4 Care dintre următoarele legi guvernează împrăștierea Compton? 1 - la aceleași unghiuri de împrăștiere, modificarea lungimii de undă este aceeași pentru toate substanțele de împrăștiere. 4. Modificarea lungimii de undă în timpul împrăștierii crește odată cu creșterea unghiului de împrăștiere 2) 1,4 Care a fost lungimea de undă a radiației de raze X dacă, în timpul împrăștierii Compton a acestei radiații de către grafit la un unghi de 60º, lungimea de undă a radiației împrăștiate s-a dovedit a fi egală cu 2,54∙10-11 m. 4. 2,48∙10-11 m Care a fost lungimea de undă l0 a radiației X dacă, în timpul împrăștierii Compton a acestei radiații de către grafit la un unghi j=600, lungimea de undă a radiației împrăștiate s-a dovedit a fi egală cu l=25,4 pm 4. l0= 24,2*10-12m Care dintre următoarele expresii este formula obținută experimental de Compton (q este unghiul de împrăștiere)? 1.∆l= 2h*(sinQ/2)^2/ m* c Care a fost lungimea de undă a radiației X, dacă atunci când această radiație este împrăștiată de o substanță la un unghi de 60°, lungimea de undă a razelor X împrăștiate este λ1 = 4*10-11 m 4. λ = 2,76 * 10-11 m Ce energie trebuie să aibă un foton pentru ca masa lui să fie egală cu masa în repaus a electronului? 4.8.19*10-14 J Electronul Compton a fost ejectat la un unghi de 30°. Găsiți modificarea lungimii de undă a unui foton cu energie de 0,2 MeV atunci când este împrăștiat de un electron liber în repaus. ora 16.3.0 Compton a descoperit că diferența optică dintre lungimea de undă a radiației împrăștiate și incidentă depinde de: 3. Unghiul fasciculului Lungimea de undă Compton (când un foton este împrăștiat de electroni) este egală cu: 1. h/ m* c Poate un electron liber să absoarbă un foton? 2. nr Aflați energia cinetică a electronului de recul dacă un foton cu o lungime de undă de λ=4pm a fost împrăștiat la un unghi de 90 0 de un electron liber în repaus. 5) 3.1*10 5 eV. Aflați modificarea frecvenței unui foton împrăștiat de un electron în repaus. h- bară constantă; m 0 este masa în repaus a electronului; c-viteza luminii; ν - frecvența fotonului; ν′ este frecvența fotonului împrăștiat; φ - unghi de împrăștiere; 2) ∆ν= h * ν * ν '*(1- cosφ ) / ( m 0 * c 2 ); Figura 3 prezintă diagrama vectorială a împrăștierii Compton. Care vector reprezintă impulsul fotonului împrăștiat? 1) 1 Figura 3 prezintă diagrama vectorială a împrăștierii Compton. Care vector reprezintă impulsul electronului de recul? 2) 2 2. 2,5*10^8m/s
Figura arată dependența intensității radiațiilor primare și secundare de lungimea de undă a luminii atunci când lumina este împrăștiată pe anumite substanțe. Ce se poate spune despre greutățile atomice (A 1 și A 2) ale acestor substanțe (1, 2)? λ este lungimea de undă a radiației primare, λ / este lungimea de undă a radiației secundare. 1) A 1 < A 2 Determinați modificarea maximă a lungimii de undă atunci când lumina este împrăștiată de protoni. 2) ∆λ=2,64*10 -5 Ǻ; Pe ce particule poate fi observat efectul Compton? 1 - Electroni liberi 2 – Protoni 3 – Atomi grei 4 – Neutroni 5 - Ioni metalici pozitivi 3) 1, 2, 3 Un flux de lumină monocromatic direcționat Ф cade sub un unghi a = 30° pe plăcile absolut negre (A) și oglindă (B) (Fig. 4) Comparați presiunea luminii pa și pb pe plăcile A și, respectiv, B, dacă plăcile sunt fixe 3.pa Figura 2 prezintă diagrama vectorială a împrăștierii Compton. Unghiul de împrăștiere φ=π/2. Care vector corespunde impulsului fotonului împrăștiat? 3. φ=180 O Figura 2 prezintă diagrama vectorială a împrăștierii Compton. La ce unghi de împrăștiere a fotonilor este variația maximă a lungimii de undă a acestora ∆λ? 3 . φ=180 O Determinați viteza maximă a electronilor care ies din metal sub influența radiației γ cu lungimea de undă λ=0,030A. 2. 2,5*10^8m/s Determinați lungimea de undă λ a radiației X dacă, în timpul împrăștierii Compton a acestei radiații la un unghi Θ = 60°, lungimea de undă a radiației împrăștiate λ 1 s-a dovedit a fi egală cu 57 pm. 5) λ = 55,8 * 10 -11 m Descoperirea efectului Compton a dovedit că... b) un foton se poate comporta simultan ca o particulă și ca o undă e) când un electron și un foton interacționează, energia fotonului scade2) b, d Razele de lumină împrăștiate pe particulele de materie au trecut printr-o lentilă colectoare și au produs un model de interferență. Ce înseamnă acest lucru? 5. Energia de legare a electronilor în atomii materiei este mai mare decât energia unui foton Razele X (λ = 5 pm) sunt împrăștiate de ceară. Aflați lungimea λ 1 a undei de raze X împrăștiate la un unghi de 145° (Λ este lungimea de undă Compton). 3) λ 1 = 4,65 * 10 -11 m Razele X cu o lungime de undă de 0,2Ǻ (2,0 * 10 -11 m) experimentează împrăștierea Compton la un unghi de 90º. Aflați energia cinetică a electronului de recul. 2)6,6*10 3 eV; Razele X cu o lungime de undă  0 =70,8 pm experimentează împrăștierea Compton pe parafină. Aflați lungimea de undă λ a razelor X împrăștiate în direcția =/2( c =2.22pm).64.4 pm 4. 73,22 rm Razele X cu lungimea de undă λ 0 = 7,08*10 -11 m experimentează împrăștierea Compton pe parafină. Aflați lungimea de undă a razelor X împrăștiate la un unghi de 180º. 3)7,57*10 -11 m; Razele X cu o lungime de undă l0 = 70,8 pm experimentează împrăștierea Compton pe parafină. Aflați lungimea de undă l a razelor X împrăștiate în direcția j=p/2 (mel=9,1*10-31kg). 3.73.22*10-12m Razele X cu o lungime de undă l0 = 70,8 pm experimentează împrăștierea Compton pe parafină. Aflați lungimea de undă l a razelor X împrăștiate în direcția j=p(mel=9,1*10-31kg). 2,75,6 *10-12m Radiația de raze X cu lungimea de undă l=55,8 pm este împrăștiată de o placă de grafit (efect Compton). Determinați lungimea de undă l’ a luminii împrăștiate la un unghi q = 600 față de direcția fasciculului de lumină incidentă 1. 57mp Un foton cu o energie de 1,00 MeV a fost împrăștiat de un electron liber în repaus. Aflați energia cinetică a electronului de recul dacă frecvența fotonului împrăștiat se modifică cu un factor de 1,25. 2) 0,2 MeV Energia fotonului incident este hυ=0,1 MeV, energia cinetică maximă a electronului de recul este de 83 KeV. Determinați lungimea undei primare. 3) λ=10 -12 m; Un foton cu energie e=0,12 MeV a fost împrăștiat de un electron liber inițial în repaus.Se știe că lungimea de undă a fotonului împrăștiat s-a modificat cu 10%. Determinați energia cinetică a electronului de recul (T). 1. 20 keV Un foton cu energie e = 0,75 MeV a fost împrăștiat pe un electron liber la un unghi q = 600. Presupunând că energia cinetică și impulsul electronului înainte de ciocnirea cu fotonul au fost neglijabil mici, determinați energia e a fotonului împrăștiat. 1. 0,43 MeV Un foton cu energie E=1,025 MeV a fost împrăștiat de un electron liber inițial în repaus. Determinați unghiul de împrăștiere a fotonului dacă lungimea de undă a fotonului împrăștiat se dovedește a fi egală cu lungimea de undă Compton λk = 2,43 pm. 3. 60 ˚ Un foton cu energia j=1,025 MeV a fost împrăștiat de un electron liber în repaus. Lungimea de undă a fotonului împrăștiat s-a dovedit a fi egală cu lungimea de undă Compton lK = 2,43 pm. Aflați unghiul de împrăștiere q. 5. 600 Un foton cu energie j=0,25 MeV a fost împrăștiat de un electron liber în repaus. Determinați energia cinetică a electronului de recul dacă lungimea de undă a fotonului împrăștiat se modifică cu 20%. 1. =41,7 keV	Un fascicul îngust de radiație monocromatică de raze X cade pe o substanță care se împrăștie. Lungimile de undă ale radiației împrăștiate la unghiurile q1=600 și q2=1200 diferă cu un factor de 1,5. Determinați lungimea de undă a radiației incidente dacă împrăștierea are loc pe electronii liberi. 3. 15.64 Un fascicul îngust de radiație monocromatică de raze X cade pe o substanță care se împrăștie. Se dovedește că lungimile de undă ale radiației împrăștiate la unghiurile θ1=60˚ și θ2=120˚ diferă cu un factor de 1,5. Determinați lungimea de undă a radiației incidente, presupunând că împrăștierea are loc de electroni liberi. ora 15.3.64 Fotonul a fost împrăștiat la un unghi θ=120˚ pe un electron liber inițial în repaus. Determinați energia fotonului dacă energia fotonului împrăștiat este de 0,144 MeV. 2) hν =250 KeV; 2) W= hc LA /  ( +  LA ) Un foton cu lungimea de undă  a experimentat o împrăștiere perpendiculară Compton de la un electron liber în repaus. Lungimea de undă Compton  K. Aflați energia electronului de recul. 4) p= h* sqrt((1/  )2+(1/( +  LA ))2) Un foton cu o lungime de undă de λ = 6 pm a fost împrăștiat în unghi drept de un electron liber în repaus. Găsiți lungimea de undă a fotonului împrăștiat. 2) ora 20.4 Un foton cu o lungime de undă λ = 5 pm a experimentat împrăștierea Compton la un unghi υ = 90 0 pe un electron liber inițial în repaus. Determinați modificarea lungimii de undă în timpul împrăștierii. 1) ora 14.43 Un foton cu o lungime de undă λ = 5 pm a experimentat împrăștierea Compton la un unghi Θ = 60°. Determinați modificarea lungimii de undă în timpul împrăștierii (Λ este lungimea de undă Compton). 2) Δλ=Λ/2 Un foton cu o lungime de undă λ = 5 pm a experimentat împrăștierea Compton la un unghi υ = 90 0 pe un electron liber inițial în repaus. Determinați energia electronului de recul. 3) 81 keV Un foton cu o lungime de undă λ = 5 pm a experimentat împrăștierea Compton la un unghi υ = 90 0 pe un electron liber inițial în repaus. Determinați impulsul electronului de recul. 4) 1,6 *10 -22 kg*m/s Fotonul, care a experimentat o coliziune cu un electron liber, a fost împrăștiat la un unghi de 180º. Găsiți deplasarea Compton a lungimii de undă a fotonului împrăștiat (în pm): 3. 4.852 Un foton cu o lungime de undă de 100 pm a fost împrăștiat la un unghi de 180º de un electron liber. Aflați energia cinetică de recul (în eV): 4. 580 Un foton cu o lungime de undă de 8 pm a fost împrăștiat în unghi drept de un electron liber în repaus. Găsiți energia cinetică de recul (în keV): 2. 155 Un foton cu o lungime de undă λ = 5 pm a experimentat împrăștiere Compton la un unghi Θ = 60° Determinați modificarea lungimii de undă în timpul împrăștierii. Λ - lungimea de undă Compton 2. Δλ = ½*Λ Un foton cu impuls p=1,02 MeV/c, c – viteza luminii, a fost împrăștiat la un unghi de 120º de un electron liber în repaus. Cum se modifică impulsul fotonului ca urmare a împrăștierii. 4. va scădea cu 0,765 MeV/s Un foton cu energie hν=250 KeV a fost împrăștiat la un unghi θ=120˚ pe un electron liber inițial în repaus. Determinați energia fotonului împrăștiat. 3) 0,144 MeV Un foton cu energie =1,025 MeV a fost împrăștiat de un electron liber în repaus. Lungimea de undă a fotonului împrăștiat s-a dovedit a fi egală cu lungimea de undă Compton K = 2,43 pm. Aflați unghiul de împrăștiere . 5) 60 0 Un foton cu energie =0,25 MeV a fost împrăștiat de un electron liber în repaus. Determinați energia cinetică a electronului de recul T e dacă lungimea de undă a fotonului împrăștiat s-a modificat cu 20%. 1) T e =41,7 keV Un foton cu energia E=6,4*10 -34 J a fost împrăștiat sub un unghi =90 0 pe un electron liber. Determinați energia E’ a fotonului împrăștiat și energia cinematică T a electronului de recul (h=6,626*10 -34 J*s,  s =2,426 pm, s=3*10 8 m/s). 5. nu există un răspuns corect Un foton cu energie E=4*10 -14 J a fost împrăștiat de un electron liber. Energia E=3,2*10 -14 J. Determinaţi unghiul de dispersie . (h=6,626*10 -34 J*s,  s =2,426 pm, s=3*10 8 m/s) . 4. 3,2* 10 -14 Efectul Compton se numește... 1. împrăștiere elastică a radiației electromagnetice cu undă scurtă pe electronii liberi ai unei substanțe, însoțită de o creștere a lungimii de undă

Polarizare

1) Rotația magnetică a planului de polarizare este determinată de următoarea formulă. 4

2) Determinați grosimea plăcii de cuarț pentru care unghiul de rotație al planului de polarizare este de 180. Rotația specifică în cuarț pentru o lungime de undă dată este de 0,52 rad/mm. 3

3) Lumina polarizată plană, a cărei lungime de undă în vid este de 600 nm, este incidentă pe o placă de spate islandeză, perpendiculară pe axa sa optică. Indicii de refracție pentru razele ordinare și extraordinare sunt 1,66 și, respectiv, 1,49. Determinați lungimea de undă a unui fascicul obișnuit dintr-un cristal. 3

4) O anumită substanță a fost plasată în câmpul magnetic longitudinal al unui solenoid situat între două polarizatoare. Lungimea tubului cu substanța este l. Aflați constanta Verdet dacă, la intensitatea câmpului H, unghiul de rotație al planului de polarizare pentru o direcție a câmpului și pentru direcția opusă a câmpului. 4

5) Lumina monocromatică polarizată în plan cu o frecvență circulară trece printr-o substanță de-a lungul unui câmp magnetic omogen cu intensitatea H. Găsiți diferența de indici de refracție pentru componentele polarizate circular la dreapta și la stânga ale fasciculului de lumină dacă constanta Verdet este egal cu V. 1

6) Aflați unghiul dintre planurile principale ale polarizatorului și analizorului dacă intensitatea luminii naturale care trece prin polarizator și analizor scade de 4 ori. 45

7) Pe analizor este incidentă lumină polarizată liniar de intensitate I0, al cărui vector E0 formează un unghi de 30 cu planul de transmisie. Ce fracțiune din lumina incidentă transmite analizorul? 0,75

8) Dacă treceți lumina naturală prin două polarizatoare, ale căror planuri principale formează un unghi, atunci intensitatea acestei lumini este I=1/2 *Iest*cos^2(a). Care este intensitatea luminii polarizate plan care iese din primul polarizator? 1

9) Lumina naturală trece prin două polarizatoare, ale căror planuri principale formează un unghi a între ele. Care este intensitatea luminii polarizate plan care iese din al doilea polarizator? 4

10) Unghiul dintre planurile principale ale polarizatorului și analizorului este 60. Determinați modificarea intensității luminii care trece prin acestea dacă unghiul dintre planurile principale devine 45. 2

11) Un fascicul de lumină naturală cade pe un sistem de 6 polarizatoare, planul de transmisie al fiecăruia fiind rotit la un unghi de 30 în raport cu planul de transmisie al polarizatorului anterior. Ce parte din fluxul luminos trece prin acest sistem? 12

12) O placă de cuarț de 2 mm grosime, tăiată perpendicular pe axa optică a cristalului, rotește planul de polarizare a luminii monocromatice de o anumită lungime de undă cu un unghi de 30. Determinați grosimea plăcii de cuarț plasată între nicole paralele astfel încât această lumină monocromatică se stinge. 3

13) Lumina naturală trece printr-un polarizator și analizor, plasate astfel încât unghiul dintre planurile lor principale să fie egal cu phi. Atât polarizatorul, cât și analizorul absorb și reflectă 8% din lumina incidentă asupra lor. S-a dovedit că intensitatea fasciculului care iese din analizor este egală cu 9% din intensitatea luminii naturale incidente pe polarizator. 62

14) Când se adaugă două unde de lumină polarizate liniar care oscilează în direcții perpendiculare cu o defazare... 3

15) În ce cazuri se aplică legea lui Malus atunci când lumina trece printr-un analizor? 2

16) Ce tipuri de unde au proprietatea de polarizare? 3

17) Ce tip de unde sunt undele electromagnetice? 2

18) Determinați intensitatea luminii reflectate dacă oscilațiile vectorului luminos al luminii incidente sunt perpendiculare pe planul de incidență. 1

19) Lumina cade pe interfața dintre două medii cu indici de refracție n1 și respectiv n2. Notăm unghiul de incidență ca a și fie n1>n2. Reflexia totală a luminii are loc atunci când... 2

20) Determinați intensitatea luminii reflectate, pentru care oscilațiile vectorului luminos se află în planul de incidență. 5

21) Între două polarizatoare este plasată o placă de cristal care creează o diferență de fază între razele obișnuite și cele extraordinare. Unghiul dintre planul de transmisie al polarizatoarelor si axa optica a placii este de 45. In acest caz, intensitatea luminii care trece prin polarizator va fi maxima in urmatoarele conditii... 1

22) Ce afirmații despre lumina parțial polarizată sunt adevărate? 3

23) Care afirmații despre lumina polarizată plană sunt adevărate? 3

24) Două polarizatoare sunt plasate pe calea fasciculului de lumină naturală, axele polarizatoarelor sunt orientate paralel. Cum sunt orientați vectorii E și B în fasciculul de lumină care iese din al doilea polarizator? 1

25) Care dintre următoarele afirmații sunt adevărate numai pentru undele electromagnetice polarizate plane? 3

26) Care dintre următoarele afirmații sunt adevărate atât pentru undele electromagnetice polarizate plane, cât și pentru cele nepolarizate? 4

27) Determinați diferența de cale pentru o placă cu un sfert de undă tăiată paralel cu axa optică? 1

28) Care este diferența dintre indicii de refracție ai razelor ordinare și extraordinare în direcția perpendiculară pe axa optică în cazul deformării. 1

29) Un fascicul de lumină paralel incide în mod normal pe o placă Icespar de 50 mm grosime tăiată paralel cu axa optică. Luând indicii de refracție ai spatului Islandei pentru razele obișnuite și extraordinare ca fiind 1,66 și, respectiv, 1,49, determinăm diferența în traseele acestor raze care trec prin această placă. 1

30) Un fascicul de lumină polarizat liniar este incident pe un polarizator care se rotește în jurul axei fasciculului cu o viteză unghiulară de 27 rad/s. Fluxul de energie în fasciculul incident este de 4 mW. Găsiți energia luminoasă care trece prin polarizator într-o singură rotație. 2

31) Un fascicul de lumină polarizată (lambda = 589 nm) cade pe o placă de spate islandeză. Aflați lungimea de undă a unui fascicul obișnuit dintr-un cristal dacă indicele său de refracție este 1,66. 355

32) Un fascicul de lumină polarizat liniar este incident pe un polarizator, al cărui plan de transmisie se rotește în jurul axei fasciculului cu viteza unghiulară w. Găsiți energia luminoasă W care trece prin polarizator într-o rotație dacă fluxul de energie în fasciculul incident este egal cu phi. 1

33) Un fascicul de lumină cu polarizare plană (lambla = 640 nm) cade pe o placă de spate islandeză perpendiculară pe axa sa optică. Găsiți lungimile de undă ale razelor obișnuite și extraordinare din cristal dacă indicele de refracție al spatului Islandei pentru razele ordinare și extraordinare este 1,66 și 1,49. 1

34) Lumina polarizată plană cade pe un analizor care se rotește în jurul axei fasciculului cu o viteză unghiulară de 21 rad/s. Găsiți energia luminoasă care trece prin analizor într-o singură rotație. Intensitatea luminii polarizate este de 4 W. 4

35) Determinați diferența de indice de refracție al razelor obișnuite și extraordinare ale unei substanțe dacă cea mai mică grosime a unei plăci de cristal semiundă realizată din această substanță pentru lambda0 = 560 nm este de 28 microni. 0,01

36) Lumina polarizată plană, cu o lungime de undă lambda = 589 nm în vid, cade pe o placă de cristal perpendiculară pe axa sa optică. Găsiți diferența în nm (modulo) a lungimilor de undă din cristal dacă indicele de refracție al razelor obișnuite și extraordinare din acesta este 1,66 și, respectiv, 1,49. 40

37) Determinați cea mai mică grosime a unei plăci de cristal la jumătate de lungime de undă pentru lambda = 589 nm, dacă diferența indicilor de refracție ai razelor obișnuite și extraordinare pentru o lungime de undă dată este de 0,17. 1,73

38) Un fascicul de lumină paralel incide în mod normal pe o placă de spate Islanda de 50 mm grosime tăiată paralel cu axa optică. Luând indicii de refracție ai razelor obișnuite și extraordinare 1,66 și, respectiv, 1,49, se determină diferența în calea razelor care trec prin placă. 8.5

39) Determinați diferența de cale pentru o placă cu jumătate de undă tăiată paralel cu axa optică? 2

40) Un fascicul de lumină polarizat liniar incide pe un polarizator, al cărui plan de transmisie se rotește în jurul axei fasciculului cu o viteză unghiulară de 20. Aflați energia luminoasă W care trece prin polarizator într-o rotație dacă puterea fasciculului incident este 3 W. 4

41) Un fascicul de lumină naturală cade pe o prismă de sticlă cu un unghi de bază de 32 (vezi figura). Determinați indicele de refracție al sticlei dacă fasciculul reflectat este polarizat plan. 2

42) Determinați în ce unghi față de orizont ar trebui să fie Soarele, astfel încât razele reflectate de la suprafața lacului (n=1,33) să fie polarizate maxim. 2

43) Lumina naturală cade pe sticla cu indice de refracție n=1,73. Determinați unghiul de refracție, la cel mai apropiat grad, la care lumina reflectată din sticlă este complet polarizată. treizeci

44) Aflați indicele de refracție n al sticlei dacă, atunci când lumina este reflectată din aceasta, fasciculul reflectat este complet polarizat la un unghi de refracție de 35. 1.43

45) Aflați unghiul de polarizare totală când lumina este reflectată de sticlă, al cărei indice de refracție este n = 1,57 57,5

46) Un fascicul de lumină reflectat de un dielectric cu indice de refracție n este complet polarizat atunci când fasciculul reflectat formează cu fasciculul refractat un unghi de 90. La ce unghi de incidență se realizează polarizarea completă a luminii reflectate? 3

47) O rază de lumină cade pe suprafața apei (n=1,33). Determinați unghiul de refracție la cel mai apropiat grad dacă fasciculul reflectat este complet polarizat. 37

48) În ce caz este posibil ca legea lui Brewster să nu fie îndeplinită cu acuratețe? 4

49) O rază naturală de lumină cade pe suprafața unei plăci de sticlă cu indice de refracție n1 = 1,52, plasată într-un lichid. Fasciculul reflectat formează un unghi de 100 cu fasciculul incident și este complet polarizat. Determinați indicele de refracție al lichidului. 1.27

50) Determinați viteza de propagare a luminii în sticlă dacă, atunci când lumina cade din aer pe sticlă, unghiul de incidență corespunzător polarizării complete a fasciculului reflectat este de 58. 1

51) Unghiul de reflexie internă totală la interfața sticlă-aer 42. Aflați unghiul de incidență a unui fascicul de lumină din aer pe suprafața de sticlă la care fasciculul este complet polarizat la cel mai apropiat grad. 56

52) Determinați indicele de refracție al mediului, cu exactitate la a doua cifră, atunci când este reflectată de acesta la un unghi de 57, lumina va fi complet polarizată. 1,54

53) Aflați indicele de refracție al sticlei dacă, atunci când lumina este reflectată din ea, fasciculul reflectat este complet polarizat la un unghi de refracție de 35. 1.43

54) Un fascicul de lumină naturală cade pe o prismă de sticlă, așa cum se arată în figură. Unghiul de la baza prismei este de 30. Determinați indicele de refracție al sticlei dacă fasciculul reflectat este polarizat plan. 1,73

55) Determinați în ce unghi față de orizont ar trebui să fie Soarele, astfel încât razele reflectate de la suprafața lacului (n=1,33) să fie polarizate maxim. 37

56) Un fascicul de lumină naturală cade pe o prismă de sticlă cu unghiul de bază a (vezi figura). Indicele de refracție al sticlei n=1,28. Găsiți unghiul a la cel mai apropiat grad dacă fasciculul reflectat este polarizat plan. 38

57) Determinați indicele de refracție al sticlei dacă, atunci când lumina este reflectată din aceasta, fasciculul reflectat este complet polarizat la unghiul de refracție. 4

58) Un fascicul de lumină polarizată plană cade pe suprafața apei la unghiul Brewster. Planul său de polarizare formează un unghi de 45 cu planul de incidență. Aflați coeficientul de reflexie. 3

59) Determinați indicele de refracție al sticlei dacă, atunci când lumina este reflectată din aceasta, fasciculul reflectat este complet polarizat la un unghi de incidență de 55. 4

60) Gradul de polarizare a luminii parțial polarizate este 0,2. Determinați raportul dintre intensitatea maximă a luminii transmisă de analizor și cea minimă. 1.5

61) Ce sunt Imax, Imin, P pentru lumina polarizată plană, unde... 1

62) Determinați gradul de polarizare a luminii parțial polarizate dacă amplitudinea vectorului luminos corespunzător intensității maxime a luminii este de două ori mai mare decât amplitudinea corespunzătoare intensității minime. 0,6

63) Determinați gradul de polarizare a luminii parțial polarizate dacă amplitudinea vectorului luminos corespunzător intensității maxime a luminii este de trei ori mai mare decât amplitudinea corespunzătoare intensității maxime. 1

64) Gradul de polarizare a luminii parțial polarizate este 0,75. Determinați raportul dintre intensitatea maximă a luminii transmisă de analizor și cea minimă. 1

65) Determinați gradul de polarizare P al luminii, care este un amestec de lumină naturală și lumină polarizată plan, dacă intensitatea luminii polarizate este de 3 ori mai mare decât intensitatea luminii naturale. 3

66) Determinați gradul de polarizare P al luminii, care este un amestec de lumină naturală și lumină polarizată plan, dacă intensitatea luminii polarizate este de 4 ori mai mare decât intensitatea luminii naturale. 2

67) Lumina naturală cade la unghiul lui Brewster pe suprafața apei. În acest caz, o parte din lumina incidentă este reflectată. Aflați gradul de polarizare a luminii refractate. 1

68) Lumina naturală cade sub un unghi Brewster pe suprafața de sticlă (n=1,5). Determinați coeficientul de reflexie ca procent. 7

69) Lumina naturală cade sub un unghi Brewster pe suprafața de sticlă (n=1,6). Determinați coeficientul de reflexie în procente folosind formulele Fresnel. 10

70) Folosind formulele Fresnel, determinați coeficientul de reflexie al luminii naturale la incidență normală pe suprafața sticlei (n=1,50). 3

71) Coeficientul de reflexie a luminii naturale la incidenta normala pe suprafata unei placi de sticla este de 4%. Care este indicele de refracție al plăcii? 3

72) Gradul de polarizare a luminii parțial polarizate este P=0,25. Găsiți raportul dintre intensitatea componentei polarizate a acestei lumini și intensitatea componentei naturale. 0,33

73) Determinați gradul de polarizare P al luminii, care este un amestec de lumină naturală și lumină polarizată plan, dacă intensitatea luminii polarizate este egală cu intensitatea luminii naturale. 4

74) Gradul de polarizare a luminii parțial polarizate este P=0,75. Găsiți raportul dintre intensitatea componentei polarizate a acestei lumini și intensitatea componentei naturale. 3

75) Determinați gradul de polarizare P al luminii, care este un amestec de lumină naturală și lumină polarizată plan, dacă intensitatea luminii polarizate este egală cu jumătate din intensitatea luminii naturale. 0,33

76) Un fascicul îngust de lumină naturală trece printr-un gaz de molecule izotrope optic. Aflați gradul de polarizare a luminii împrăștiate la un unghi a față de fascicul. 1

POLARIZARE Un fascicul de lumină naturală cade pe suprafața lustruită a unei plăci de sticlă (n=1,5) scufundată în lichid. Fasciculul de lumină reflectat de pe placă formează cu fasciculul incident un unghi φ = 970. Determinați indicele de refracție n al lichidului dacă lumina reflectată este complet polarizată. Răspuns: 1. n=1,33. Un fascicul de lumină naturală cade pe o prismă de sticlă cu un unghi de refracție =30. Determinați indicele de refracție al sticlei dacă fasciculul reflectat este polarizat plan. Răspuns:1. n=1,73. Un fascicul de lumină polarizată (=589 nm) cade pe o placă de spate islandeză perpendiculară pe axa sa optică. Aflați lungimea de undă  o a unui fascicul obișnuit dintr-un cristal dacă indicele de refracție al spatelui Islandei pentru un fascicul obișnuit este n o = 1,66. Răspuns: 2. 355 nm.	A) Determinați unghiul de incidență al luminii pe suprafața apei (n=1,33), la care lumina reflectată va fi polarizată plan. B) Determinați unghiul luminii refractate. Răspuns:2. a) 53 ; b) 37 . Analizorul atenuează de 4 ori intensitatea luminii polarizate incidente asupra acestuia de la polarizator. Care este unghiul dintre planurile principale ale polarizatorului și analizorului? Răspuns:3 . 60  . În care dintre următoarele cazuri se va observa fenomenul de polarizare: Răspuns: 1. Când undele transversale trec printr-un mediu anizotrop. Unghiul dintre planurile principale ale polarizatorului și analizorului este  1 =30. Determinați modificarea intensității luminii care trece prin ele dacă unghiul dintre planurile principale este  2 = 45. Raspuns: 3.eu 1 / eu 2 =1,5.	Este posibil să se observe interferența luminii naturale, care este un amestec de unde orientate diferit, deoarece: a) într-un experiment de interferență facem să se întâlnească unde trimise aproape simultan de același atom. b) apare interferenţe între părţi ale aceleiaşi unde polarizate. Răspuns: 2. a) da; b) da. Alegeți afirmația corectă privind gradul de polarizare P și tipul de undă refractată la un unghi de incidență B egal cu unghiul Brewster. Răspuns: 3. Gradul de polarizareP- maxim: undă refractată - parțial polarizată. Selectați condițiile necesare pentru ca birefringența să apară atunci când lumina trece printr-un polarizator. Răspuns: b) fasciculul luminos este parțial polarizat înainte de refracție, iar polarizatorul este anizotrop; c) fasciculul luminos este complet nepolarizat înainte de refracție, iar polarizatorul este anizotrop.
Lumina naturală monocromatică cade pe un sistem de două polarizatoare încrucișate, între care se află o placă de cuarț tăiată perpendicular pe axa optică. Aflați grosimea minimă a plăcii la care acest sistem va transmite fluxul luminos h=0,30 dacă constanta de rotație a cuarțului este a=17 arc. grade/mm. Răspuns: 4. 3.0 mm. Lumina naturală cade în unghiul lui Brewster pe suprafața apei. În acest caz, o parte din lumina incidentă  este reflectată. Aflați gradul de polarizare a luminii refractate. Raspunsul 1.r/(1- r) . Lumina naturală cade sub un unghi Brewster pe suprafața de sticlă (n=1,5). Determinați coeficientul de reflexie în acest caz. Răspuns: 2,7%.	Care dintre următoarele afirmații sunt adevărate pentru lumina naturală primită de la o sursă termică: Răspuns: 1. Fazele inițiale ale undelor electromagnetice emise de o sursă termică sunt diferite. 2. Frecvențele undelor electromagnetice emise de o sursă termică sunt diferite. 4. Undele electromagnetice sunt emise din diferite puncte de pe suprafața unei surse de căldură în direcții diferite. Ce afirmații despre lumina parțial polarizată sunt adevărate? Răspuns: a) Caracterizat prin faptul că una dintre direcţiile de oscilaţii se dovedeşte a fi predominantă. c) O astfel de lumină poate fi considerată un amestec de lumină naturală și polarizată. Care sunt gradele de polarizare pentru lumina polarizată plană P 1 și lumina naturală P 2? Răspuns: 2. R 1 =1 ; R 2 =0.	Un fascicul de lumină polarizat liniar este incident pe un polarizator, al cărui plan de transmisie se rotește în jurul axei fasciculului cu viteza unghiulară ω. Aflați energia luminoasă W care trece prin polarizator într-o rotație dacă fluxul de energie în fasciculul incident este egal cu . Răspuns: 1. W=pi×fi/w. Rotația magnetică a planului polarizator este determinată de următoarea formulă: Raspuns: 4. = V× B× l. Pe analizor incide lumină polarizată liniar, al cărui vector E formează un unghi =30 0 cu planul de transmisie. Aflați intensitatea luminii transmise. Răspuns: 2. 0,75;eu 1 . Două polarizatoare sunt plasate pe calea fasciculului de lumină naturală, axele polarizatoarelor sunt orientate reciproc perpendicular. Cum sunt orientați vectorii E și B în fasciculul de lumină care iese din al doilea polarizator? Răspuns: 4. Modulii vectorilor E și B sunt egali cu 0.
Figura arată suprafața de viteză radială a unui cristal uniaxial. Defini: 1. Comensurabilitate a vitezelor de răspândire a obișnuitului și a extraordinarului. 2. Cristal uniaxial pozitiv sau negativ. Raspuns: 3.v e > v o , negativ. Aflați indicele de refracție n al sticlei dacă, atunci când lumina este reflectată din aceasta, fasciculul reflectat va fi complet polarizat la un unghi de refracție =30. Raspuns: 3.n=1,73. Aflați unghiul φ dintre planurile principale ale polarizatorului și analizorului dacă intensitatea luminii naturale care trece prin polarizator și analizor scade de 3 ori. Răspuns: 3. 35˚. Aflați unghiul φ dintre planurile principale ale polarizatorului și analizorului dacă intensitatea luminii naturale care trece prin polarizator și analizor scade de 4 ori. Răspuns:3. 45  .	Aflați unghiul i B de polarizare totală atunci când lumina este reflectată de sticlă, al cărei indice de refracție este n = 1,57. Răspuns: 1. 57.5 . Lumina nepolarizată trece prin două polaroide. Axa uneia dintre ele este verticală, iar axa celeilalte formează un unghi de 60° cu verticala. Care este intensitatea luminii transmise? Răspuns:2. eu=1/8 eu 0 . O rază obișnuită de lumină cade pe un Polaroid și are loc birefringența în acesta. Care dintre următoarele legi este adevărată pentru dubla refracție pentru o rază extraordinară? O - fascicul obișnuit. E - rază extraordinară. Răspuns: 1. sinA/sinB=n 2 /n 1 =const. O rază obișnuită de lumină cade pe un Polaroid și are loc birefringența în acesta. Care dintre următoarele legi este adevărată pentru dubla refracție pentru o rază obișnuită? O - fascicul obișnuit. E - rază extraordinară. Răspuns: 3. sinA/sinB=f(A)#const.	Determinați cea mai mică grosime de semiundă a unei plăci de cristal pentru λ=640 nm, dacă diferența indicilor de refracție ai razelor obișnuite și extraordinare pentru o lungime de undă dată este n0-ne=0,17? Răspuns:3. d=1,88 um. Determinați indicele de refracție al sticlei dacă, atunci când lumina este reflectată din aceasta, fasciculul reflectat este complet polarizat la unghiul de refracție . Raspuns: 4.n= păcat(90  -  )/ păcat . Determinați indicele de refracție al sticlei dacă, atunci când lumina este reflectată din aceasta, fasciculul reflectat este complet polarizat la un unghi de  = 35. Răspuns:4. 1,43. Determinați în ce unghi față de orizont ar trebui să fie Soarele, astfel încât razele reflectate de la suprafața lacului (n=1,33) să fie polarizate maxim. Răspuns: 2.36° .
Determinați în ce unghi ar trebui să fie soarele față de orizont, astfel încât razele sale reflectate de la suprafața apei să fie complet polarizate (n=1,33). Răspuns: 4. 37°. Determinați gradul de polarizare P al luminii, care este un amestec de lumină naturală și lumină polarizată plan, dacă intensitatea luminii polarizate este egală cu intensitatea luminii naturale. Răspuns: 4. 0.5 Determinați gradul de polarizare P al luminii, care este un amestec de lumină naturală și lumină polarizată plană, dacă intensitatea luminii polarizate este de 5 ori mai mare decât intensitatea luminii naturale. Răspuns: 2. 0,833. Gradul de polarizare a luminii parțial polarizate este de 0,75. Determinați raportul dintre intensitatea maximă a luminii transmisă de analizor și cea minimă. Răspuns: 1. 7. Unghiul limitativ al reflexiei interne totale pentru o anumită substanță este i=45 0 . Găsiți unghiul Brewster ab de polarizare totală pentru această substanță. Răspuns: 3,55 0 . Gradul de polarizare a luminii parțial polarizate este P = 0,1. Găsiți raportul dintre componenta polarizată intensă și componenta naturală intensă. Raspuns: 1. 1/9.	Estimați raportul dintre intensitatea maximă a undei luminoase transmise de analizor la minim, cu condiția ca gradul de polarizare a luminii parțial polarizate să fie de 0,5. Răspuns:2. 3. Un fascicul de lumină paralel este incident în mod normal pe o placă de spate Islanda de 50 mm grosime tăiată paralel cu axa optică. Luând indicii de refracție ai spatului Islandei pentru raze obișnuite și, respectiv, extraordinare, N o = 1,66 și N e = 1,49, se determină diferența în calea acestor raze care trec prin această placă. Răspuns:1. 8,5 microni. O placă de cuarț cu grosimea d 1 =2 mm, tăiată perpendicular pe axa optică a cristalului, rotește planul de polarizare a luminii monocromatice de o anumită lungime de undă printr-un unghi  1 =30 0. Determinați grosimea d 2 a unei plăci de cuarț plasată între nichele paralele astfel încât lumina monocromatică dată să fie complet stinsă. Răspuns: 3,6 mm. Gradul de polarizare a luminii parțial polarizate este P = 0,25. Găsiți raportul dintre intensitatea componentei polarizate a acestei lumini și intensitatea componentei naturale. Răspuns: 4. 0.3. Gradul de polarizare a luminii parțial polarizate este de 0,5. Determinați raportul dintre intensitatea maximă a luminii transmisă de analizor și cea minimă. Răspuns: 1. 3.	Un fascicul plat de lumină naturală cu intensitatea I 0 cade la unghiul Brewster pe suprafața apei. Indicele de refracție n=4/3. Care este gradul de reflexie a fluxului luminos daca intensitatea luminii refractate scade de 1,4 ori fata de I 0 . Răspuns:1. ρ=0,047. Polarizatorul și analizorul absorb 2% din lumina incidentă asupra lor. Intensitatea fasciculului care iese din analizor este egală cu 24% din intensitatea luminii naturale incidente pe polarizator. Aflați unghiul φ dintre planurile principale ale polarizatorului și analizorului. Răspuns: 1,45 . Gradul de polarizare a luminii parțial polarizate este P = 0,1. Găsiți raportul dintre componenta naturală intensă și componenta polarizată intensă. Răspuns: 1. 9. Gradul de polarizare a luminii parțial polarizate este P=0,25. Găsiți raportul dintre intensitatea componentei polarizate a acestei lumini și intensitatea componentei naturale. Raspuns: 3.eu podea / eu mâncând = p/(1- p). Determinați gradul de polarizare a luminii parțial polarizate dacă amplitudinea vectorului luminos corespunzător intensității maxime a luminii este de trei ori mai mare decât amplitudinea corespunzătoare intensității minime. Răspuns: 1. 0.8.

3) Corpul gri este... 2

5) În fig. sunt prezentate grafice ale dependenței densității spectrale a luminozității energetice a unui corp absolut negru de lungimea de undă a radiației la diferite temperaturi T1 și T2 și T1>

Mecanica cuantică

mecanica cuantică

8) O particulă cu sarcină Q și masă în repaus m0 este accelerată într-un câmp electric, trecând printr-o diferență de potențial U. Poate fi lungimea de undă de Broglie a unei particule mai mică decât lungimea de undă Compton? (Poate dacă QU>0,41m0*c^2)

10) Determinați la ce valoare numerică a vitezei lungimea de undă de Broglie pentru un electron este egală cu lungimea sa de undă Compton. (2.12е8. lambda(c)=2pi*h/m0*c; lambda=2pi*h*sqrt(1-v^2/c^2)/m0*v; lambda(c)=lambda; 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 m/s)

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

>Dpr)

32) Relația de incertitudine pentru energie și timp înseamnă că (durata de viață a stării sistemului (particulă) și incertitudinea energiei acestei stări de relații >=h)

35) Care dintre următoarele relații nu este relația Heisenberg. (VEV(x)>=h)

mecanica cuantică

1) Energia cinetică a unui electron în mișcare este de 0,6 MeV. Determinați lungimea de undă de Broglie a electronului. (1,44 pm; 0,6 MeV = 9,613*10^-14 J; lambda=2pi*h/(sqrt(2mT))=1,44 pm)

2) Aflați lungimea de undă de Broglie pentru un proton cu o energie cinetică de 100 eV. (2,86 pm. fi=h/sqrt(2m*E(k))=2,86 pm)

3) Energia cinetică a unui neutron este de 1 keV. Determinați lungimea de undă de Broglie. (0,91 pm. 1keV=1600*10^-19 J. lambda=2pi*h/sqrt(2m*T))=0,91 pm)

4) a) Este posibil să se reprezinte unda De Broglie ca un pachet de undă? b) Cum vor fi legate viteza de grup a pachetului de undă U și viteza particulelor V? (nu, u=v)

5) Aflați raportul dintre lungimea de undă Compton a protonului și lungimea de undă De Broglie pentru un proton care se mișcă cu o viteză de 3*10^6 m/s. (0,01. lambda(c)=2pi*h/mc=h/mc; lambda=2pi*h/sqrt(2m*T); lambda(c)/phi=0,01)

6) Energiile cinetice a doi electroni sunt egale cu 3 KeV, respectiv 4 KeV. Determinați raportul dintre lungimile lor De Broglie corespunzătoare. (1,15. lambda=2pi*h/sqrt(2mT); phi1/phi2=1,15)

7) Calculați lungimea de undă de Broglie a unei mingi cu o masă de 0,2 kg care zboară cu o viteză de 15 m/s. (2,2*10^-34; lambda=h/mv=2,2*10^-34)

8) O particulă cu sarcină Q și masă în repaus m0 este accelerată într-un câmp electric, trecând printr-o diferență de potențial U. Poate fi lungimea de undă de Broglie a unei particule mai mică decât lungimea de undă Compton? (Poate dacă QU>0,41m0*c^2)

9) Determinați prin ce diferență de potențial de accelerație trebuie să treacă un proton pentru ca lungimea sa de undă de Broglie să fie de 1 nm. (0,822 mV. lambda=2pi*h/sqrt(2m0*T); lambda^2*2m0*T=4*pi^2*h^2; T=2*pi^2*h^2/lambda^2 *m0=2,39e-19; T=eU; U=T/e=2pi^2*h^2/lambda^2*m0*e=0,822 mV)

10) Determinați la ce valoare numerică a vitezei lungimea de undă de Broglie pentru un electron este egală cu lungimea sa de undă Compton. (2.12е8. lambda(c)=2pi*h/m0*c; lambda=2pi*h*sqrt(1-v^2/c^2)/m0*v; lambda(c)=lambda; 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 m/s)

11) Determinați energia minimă probabilă pentru o particulă cuantică situată într-un puț de potențial infinit de adâncime de lățime a. (E=h^2/8ma^2)

12) O particulă de masă m se află într-un puț de potențial dreptunghiular unidimensional cu pereți infinit de înalți. Aflați numărul dN de niveluri de energie din intervalul de energie (E, E+dE), dacă nivelurile sunt situate foarte dens. (dN=l/pi*n*sqrt(m/2E)dE)

13) O particulă cuantică este situată într-un puț de potențial infinit adânc de lățime L. În ce puncte se află electronul la primul nivel de energie (n=1), funcția este maximă. (x=L/2)

14) O particulă cuantică se află într-un puț de potențial infinit de adâncime de lățime a. În ce puncte ale celui de-al treilea nivel de energie nu poate fi localizată o particulă? (a, b, d, e)

15) Particula se află într-o gaură infinit de adâncă. La ce nivel de energie este energia sa definită ca 2h^2/ml^2? (4)

16) Funcția de undă psi(x)=Asin(2pi*x/l) este definită numai în regiunea 0<=x<=1. Используя условие нормировки, определите норировочный множитель. (A=sqrt(2/l))

17) Particula se află practic într-o stare (n=1) într-un puț de potențial infinit infinit unidimensional de lățime lambda cu pereți absolut impenetrabili (0

18) Particula se află într-un puț de potențial dreptunghiular unidimensional cu pereți infinit de înalți. Găsiți numărul cuantic al nivelului de energie al particulei dacă intervalele de energie la nivelurile adiacente acestora (superior și inferior) sunt legate ca n:1, unde n=1,4. (2.)

19) Determinați lungimea de undă a fotonului emis atunci când un electron dintr-un puț de potențial dreptunghiular unidimensional cu pereți infinit înalți de lățime 1 trece de la starea 2 la starea cu cea mai mică energie. (lambda=8cml^2/3h.)

20) Un electron întâlnește o barieră potențială de înălțime finită. La ce valoare a energiei electronilor nu va trece printr-o barieră de potențial de înălțime U0. (nici un raspuns corect)

21) Completați definiția: efectul de tunel este un fenomen în care o particulă cuantică trece printr-o barieră de potențial la (E

22) Coeficientul de transparență a barierei potențiale - (raportul dintre densitatea de flux a particulelor transmise și densitatea de flux a celor incidente)

23) Care va fi coeficientul de transparență al barierei de potențial dacă lățimea acesteia este dublată? (D^2)

24) O particulă cu masa m cade pe o barieră de potențial dreptunghiulară, iar energia sa E >Dpr)

25) Un proton și un electron, având aceeași energie, se mișcă în direcția pozitivă a axei X și întâlnesc o barieră de potențial dreptunghiulară pe drum. Determinați de câte ori trebuie îngustată bariera de potențial, astfel încât probabilitatea ca un proton să treacă prin ea să fie aceeași ca și pentru un electron. (42,8)

26) O barieră de potențial dreptunghiulară are o lățime de 0,3 nm. Determinați diferența de energie la care probabilitatea ca un electron să treacă prin barieră este de 0,8. (5,13)

27) Un electron cu o energie de 25 eV întâlnește pe calea sa o treaptă de potențial scăzut cu o înălțime de 9 eV. Determinați indicele de refracție al undelor de Broglie la limita treptei. (0,8)

28) Un proton cu o energie de 100 eV se modifică cu 1% atunci când trece printr-o treaptă potențială, lungimea de undă de Broglie. Determinați înălțimea barierei de potențial. (2)

29) Relația de incertitudine pentru coordonată și impuls înseamnă că (este posibil să se măsoare simultan coordonatele și impulsul unei particule numai cu o anumită precizie, iar produsul incertitudinilor coordonatei și impulsului trebuie să fie nu mai mic de h/ 2)

30) Estimați incertitudinea vitezei unui electron într-un atom de hidrogen, presupunând că dimensiunea unui atom de hidrogen este de 0,10 nm. (1,16*10^6)

31) Relația de incertitudine pentru coordonată și impuls înseamnă că (este posibil să se măsoare simultan coordonatele și impulsul unei particule numai cu o anumită precizie, iar produsul incertitudinilor coordonatei și impulsului trebuie să fie nu mai mic de h/ 2)

32) Relația de incertitudine pentru energie și timp înseamnă că (durata de viață a stării sistemului (particulă) și incertitudinea energiei acestei stări de relații >=h)

33) Relația de incertitudine rezultă din (proprietățile de undă ale microparticulelor)

34) Energia cinetică medie a unui electron dintr-un atom este de 10 eV. Care este ordinea celei mai mici erori cu care puteți calcula coordonatele unui electron dintr-un atom. (10^-10)

35) Care dintre următoarele relații nu este relația Heisenberg. (VEV(x)>=h)

36) Relația de incertitudine pentru coordonatele și impulsul unei particule înseamnă că (este posibil să se măsoare simultan coordonatele și impulsul unei particule numai cu o anumită precizie, iar incertitudinile coordonatei și impulsului trebuie să fie nu mai mici de h/ 2)

37) Selectați declarația INCORRECT (la n=1 un atom poate fi doar în primul nivel de energie pentru o perioadă foarte scurtă de timp n=1)

38) Să se determine raportul dintre incertitudinile vitezei unui electron și a unui fir de praf care cântărește 10^-12 kg, dacă coordonatele acestora sunt stabilite cu o precizie de 10^-5 m. (1,1*10^18)

39) Determinați viteza electronului pe a treia orbită a atomului de hidrogen. (v=e^2/(12*pi*E0*h))

40) Deduceți relația dintre raza unei orbite circulare a electronilor și lungimea de undă de Broglie, unde n este numărul orbitei staționare. (2pi*r=n*lambda)

41) Determinați energia fotonului emis în timpul tranziției unui electron într-un atom de hidrogen de la al treilea nivel de energie la al doilea. (1,89 eV)

42) Determinați viteza electronului pe a treia orbită Bohr a atomului de hidrogen. (0,731 mm/s)

43) Folosind teoria lui Bohr pentru hidrogen, determinați viteza unui electron în stare excitată la n=2. (1,14 mm/s)

44) Determinați perioada de revoluție a unui electron situat într-un atom de hidrogen în stare staționară (0,15*10^-15)

45) Un electron este scos dintr-un atom de hidrogen, care se află în stare staționară, de un foton a cărui energie este 17,7. Determinați viteza unui electron în afara atomului. (1,2 mm/s)

46) Determinați energiile fotonice maxime și minime din seria vizibilă a spectrului hidrogenului (seria Bolmer). (5/36 ore, 1/4 ore)

47) Calculați raza celei de-a doua orbite Bohr și viteza electronului pe ea pentru atomul de hidrogen. (2,12*10^-10, 1,09*10^6)

48) Folosind teoria lui Bohr, determinați momentul magnetic orbital al unui electron care se mișcă pe a treia orbită a unui atom de hidrogen. (2,8*10^-23)

49) Determinați energia de legare a electronului în starea fundamentală pentru ionul He+. (54,5)

50) Pe baza faptului că energia de ionizare a atomului de hidrogen este de 13,6 eV, determinați primul potențial de excitație al acestui atom. (10,2)

51) Un electron este scos dintr-un atom de hidrogen, care se află în starea fundamentală, de un foton de energie e. Determinați viteza unui electron în afara atomului. (sqrt(2(E-Ei)/m))

52) Ce viteză maximă trebuie să aibă electronii pentru a transforma un atom de hidrogen din prima stare în a treia stare? (2,06)

53) Determinați energia fotonului emis în timpul tranziției unui electron într-un atom de hidrogen de la al treilea nivel de energie la al doilea. (1,89)

54) Pe ce orbită de la cea principală se va deplasa un electron dintr-un atom de hidrogen atunci când absoarbe un foton cu o energie de 1,93 * 10^-18 J. (3)

55) Ca urmare a absorbției unui foton, un electron dintr-un atom de hidrogen s-a mutat de pe prima orbită Bohr pe a doua. Care este frecvența acestui foton? (2,5*10^15)

56) Un electron dintr-un atom de hidrogen se deplasează de la un nivel de energie la altul. Ce tranziții corespund absorbției de energie. (1,2,5)

57) Determinați viteza minimă a electronului necesară pentru ionizarea unui atom de hidrogen dacă potențialul de ionizare al atomului de hidrogen este 13,6. (2,2*10^6)

58) La ce temperatură atomii de mercur au energie cinetică de translație suficientă pentru ionizare? Potențialul de ionizare al atomului de mercur este de 10,4 V. Masa molară a mercurului este de 200,5 g/mol, constanta universală a gazului este de 8,31. (8*10^4)

59) Energia de legare a unui electron în starea fundamentală a atomului He este de 24,6 eV. Găsiți energia necesară pentru a elimina ambii electroni din acest atom. (79)

60) Cu ce ​​energie cinetică minimă trebuie să se miște un atom de hidrogen pentru ca în timpul unei coliziuni frontale neelastice cu un alt atom de hidrogen, staționar, unul dintre ei să fie capabil să emită un foton. Se presupune că înainte de ciocnire ambii atomi sunt în starea fundamentală. (20,4)

61) Determinați primul potențial de excitație al atomului de hidrogen, unde R este constanta Rydberg. (3Rhc/4e)

62) Găsiți diferența de lungimi de undă ale liniilor principale ale seriei Lyman pentru atomii de hidrogen ușor și grei. (33 seara)

1) Alegeți afirmația corectă privind metoda de emisie a undelor electromagnetice. 4

2) Corpurile absolut negre și gri, având aceeași suprafață, sunt încălzite la aceeași temperatură. Comparați fluxurile de radiații termice ale acestor corpuri F0 (negru) și F (gri). 2

3) Corpul gri este... 2

4) Mai jos sunt caracteristicile radiației termice. Care dintre ele se numește densitatea luminozității spectrale? 3

5) În fig. sunt prezentate grafice ale dependenței densității spectrale a luminozității energetice a unui corp absolut negru de lungimea de undă a radiației la diferite temperaturi T1 și T2, cu T1>T2. Care dintre figuri ține cont corect de legile radiației termice? 1

6) Stabiliți de câte ori este necesar să reduceți temperatura termodinamică a unui corp negru astfel încât luminozitatea sa energetică R să scadă de 39 de ori? 3

7) Un corp complet negru este... 1

8) Capacitatea de absorbție a unui corp gri poate depinde de a) Frecvența radiațiilor b) Temperatură? 3

9) La studierea stelei A și a stelei B s-a stabilit raportul dintre masele pe care le pierd pe unitatea de timp (delta)mA=2(delta)mB și razele lor Ra=2,5Rb. Energia maximă de radiație a stelei B corespunde undei lambdaB = 0,55 μm. Ce undă corespunde energiei maxime de radiație a stelei A? 1

10) Alegeți afirmația corectă. (corp absolut alb) 2

11) Aflați lungimea de undă a luminii lambda0 corespunzătoare limitei roșii a efectului fotoelectric pentru litiu. (Funcția de lucru A=2,4 eV). Constanta lui Planck h=6,62*10^-34 J*s. 1

12) Aflați lungimea de undă a luminii lambda0 corespunzătoare limitei roșii a efectului fotoelectric pentru sodiu. (Funcția de lucru A=2,3 eV). Constanta lui Planck h=6,62*10^-34 J*s. 1

13) Aflați lungimea de undă a luminii lambda0 corespunzătoare limitei roșii a efectului fotoelectric pentru potasiu. (Funcția de lucru A=2,0 eV). Constanta lui Planck h=6,62*10^-34 J*s. 3

14) Aflați lungimea de undă a luminii lambda0 corespunzătoare limitei roșii a efectului fotoelectric pentru cesiu. (Funcția de lucru A=1,9 eV). Constanta lui Planck h=6,62*10^-34 J*s. 653

15) Lungimea de undă a luminii corespunzătoare limitei roșii a efectului fotoelectric pentru un metal lambda0. Aflați energia minimă a unui foton care provoacă efectul fotoelectric. 1

16) Lungimea de undă a luminii corespunzătoare limitei roșii a efectului fotoelectric pentru un metal lambda0. Aflați funcția de lucru A a unui electron din metal. 1

17) Lungimea de undă a luminii corespunzătoare limitei roșii a efectului fotoelectric pentru un anumit metal este lambda0. Aflați energia cinetică maximă W a electronilor ejectați din metal de lumina cu lungimea de undă lambda. 1

18) Aflați diferența de retardare a potențialelor U pentru electronii ejectați la iluminarea unei anumite substanțe cu lumină de lungime de undă lambda, unde A este funcția de lucru pentru această substanță. 1

19) Fotonii cu energie e ejectează electroni din metalul cu funcția de lucru A. Aflați impulsul maxim p transferat pe suprafața metalului în timpul emisiei fiecărui electron. 3

20) O fotocelulă de vid constă dintr-un catod central (bil de wolfram) și un anod (suprafața interioară a unui bec placat cu argint din interior). Diferența de potențial de contact dintre electrozii U0 accelerează electronii emiși. Fotocelula este iluminată cu lumină de lungime de undă lambda. Ce viteză v vor primi electronii când vor ajunge la anod, dacă nu se aplică nicio diferență de potențial între catod și anod? 4

21) În fig. sunt prezentate grafice ale dependenței energiei maxime a fotoelectronilor de energia fotonilor incidenti pe fotocatod. În ce caz materialul catodului fotocelulei are o funcție de lucru mai scăzută? 1

22) Ecuația lui Einstein pentru efectul fotoelectric cu mai mulți fotoni are forma. 1

23) Determinați viteza maximă a electronilor care ies din catod dacă U=3V. 1

24) Fotoefect extern - ... 1

25) Efect fotoelectric intern - ... 2

26) Fotoefect de supapă - ... 1) constă în ... 3

27) Determinați viteza fotoelectronilor ejectați de pe suprafața argintului de razele ultraviolete (lambda = 0,15 microni, m = 9,1 * 10^-31 kg), dacă funcția de lucru este de 4,74 eV. 3

28) Determinați „limita roșie” a efectului fotoelectric pentru argint dacă funcția de lucru este 4,74 eV. 2

29) Limita roșie a efectului fotoelectric pentru un metal (lambda0) este 550 nm. Găsiți energia fotonică minimă (Emin) care provoacă efectul fotoelectric. 1

30) Funcția de lucru a unui electron care părăsește suprafața unui metal este A1=1 eV, iar din celălalt - A2=2 eV. Se va observa un efect fotoelectric la aceste metale dacă energia fotonilor radiației incidente asupra lor este de 4,8 * 10^-19 J? 3

31) Efectul fotoelectric al supapei este... 1) apariția... 1

32) Figura prezintă caracteristica curent-tensiune a efectului fotoelectric. Determinați care curbă corespunde iluminării ridicate a catodului, la aceeași frecvență a luminii. 1

33) Determinați viteza maximă Vmax a fotoelectronilor ejectați de pe suprafața argintului de radiația ultravioletă cu o lungime de undă de 0,155 μm când funcția de lucru pentru argint este de 4,7 eV. 1

34) Compton a descoperit că diferența optică dintre lungimea de undă a radiației împrăștiate și a radiației incidente depinde de... 3

35) Lungimea de undă Compton (când un foton este împrăștiat de electroni) este egală. 1

36) Determinați lungimea de undă a radiației de raze X dacă, în timpul împrăștierii Compton a acestei radiații la un unghi de 60, lungimea de undă a radiației împrăștiate s-a dovedit a fi egală cu 57 pm. 5

37) Un foton cu o lungime de undă de 5 pm a experimentat împrăștierea Compton la un unghi de 60. Determinați modificarea lungimii de undă în timpul împrăștierii. 2

38) Care a fost lungimea de undă a radiației X, dacă atunci când această radiație este împrăștiată de o substanță la un unghi de 60, lungimea de undă a razelor X împrăștiate este de 4*10^-11 m.

39) Sunt adevărate afirmațiile: a) împrăștierea are loc atunci când un foton interacționează cu un electron liber, iar efectul fotoelectric apare atunci când interacționează cu electronii legați; b) absorbția unui foton de către un electron liber este imposibilă, deoarece acest proces este în conflict cu legile conservării impulsului și energiei. 3

40) Figura 3 prezintă o diagramă vectorială a împrăștierii Compton. Care vector reprezintă impulsul fotonului împrăștiat? 2

41) Un flux de lumină monocromatic direcționat Ф cade la un unghi de 30 pe o placă absolut neagră (A) și oglindă (B) (Fig. 4). Comparați presiunea ușoară pe plăcile A și, respectiv, B, dacă plăcile sunt fixe. 3

42) Care dintre următoarele expresii este formula obţinută experimental de Compton? 1

43) Poate un electron liber să absoarbă un foton? 2

44) Un foton cu o energie de 0,12 MeV a fost împrăștiat de un electron liber inițial în repaus. Se știe că lungimea de undă a fotonului împrăștiat s-a modificat cu 10%. Determinați energia cinetică a electronului de recul (T). 1

45) Radiația de raze X cu o lungime de undă de 55,8 pm este împrăștiată de o placă de grafit (efect Compton). Determinați lungimea de undă a luminii împrăștiate la un unghi de 60 față de direcția fasciculului de lumină incidentă. 1

85) În experimentul lui Young, gaura este iluminată cu lumină monocromă (lambda = 600 nm). Distanța dintre găuri este d=1 nm, distanța de la găuri la ecran este L=3 m. Aflați poziția primelor trei dungi luminoase. 4

86) Instalatia pentru obtinerea inelelor lui Newton este iluminata de lumina monocromatica incidenta in mod normal. Lungimea de undă a luminii lambda = 400 nm. Care este grosimea panei de aer dintre lentilă și placa de sticlă pentru al treilea inel luminos în lumină reflectată? 3

87) În experimentul lui Young (interferența luminii din două fante înguste), o placă de sticlă subțire a fost plasată în calea uneia dintre razele de interferență, în urma căreia banda luminoasă centrală s-a deplasat în poziția ocupată inițial de a cincea lumină. dungă (fără a se număra pe cea centrală). Fasciculul cade perpendicular pe suprafața plăcii. Indicele de refracție al plăcii n=1,5. Lungime de undă lambda=600 nm. Care este grosimea h a plăcii? 2

88) O instalație de observare a inelelor lui Newton este iluminată de lumină monocromatică cu o lungime de undă lambda = 0,6 μm, incidentă normal. Observarea se realizează în lumină reflectată. Raza de curbură a lentilei este R=4 m. Determinați indicele de refracție al lichidului care umple spațiul dintre lentilă și placa de sticlă dacă raza celui de-al treilea inel luminos este r=2,1 mm. Se știe că indicele de refracție al lichidului este mai mic decât cel al sticlei. 3

89) Să se determine lungimea segmentului l1, pe care se încadrează în vid același număr de lungimi de undă de lumină monocromatică ca și pe decupajul l2=5 mm în sticlă. Indicele de refracție al sticlei n2=1,5. 3 http://ivandriver.blogspot.ru/2015/01/l1-l25-n15.html

90) Un fascicul normal paralel de lumină monocromatică (lambda = 0,6 µm) cade pe o placă groasă de sticlă acoperită cu o peliculă foarte subțire, al cărei indice de refracție este n=1,4. La ce grosime minimă a peliculei va fi atenuată maxim lumina reflectată? 3

91) Care ar trebui să fie lățimea permisă a fantelor d0 în experimentul lui Young, astfel încât un model de interferență să fie vizibil pe un ecran situat la o distanță L de fante. Distanța dintre fante este d, lungimea de undă este lambda0. 1

92) O sursă punctiformă de radiație conține lungimi de undă în intervalul de la lambda1=480 nm la lambda2=500 nm. Estimați lungimea de coerență pentru această radiație. 1

93) Determinați de câte ori lățimea franjurilor de interferență de pe ecran se va schimba într-un experiment cu oglinzi Fresnel dacă filtrul de lumină violetă (0,4 μm) este înlocuit cu unul roșu (0,7 μm). max: delta=+-m*lambda, delta=xd/l, xd/l=+-m*lambda, x=+-(ml/d)*lambda, delta x=(ml*lambda/d)-( (m-1)l*lambda/d)=l*lambda/d, delta x1/delta x2=lambda2/lambda1 = 1,75 (1)

94) În instalația Young, distanța dintre fante este de 1,5 mm, iar ecranul este situat la o distanță de 2 m de fante. Determinați distanța dintre franjele de interferență de pe ecran dacă lungimea de undă a luminii monocromatice este de 670 nm. 3

95) Două fascicule coerente (lambda = 589 nm) se maximizează reciproc la un anumit punct. O peliculă normală de săpun a fost plasată pe calea unuia dintre ele (n=1,33). La ce grosime minimă d a peliculei de săpun aceste raze coerente se vor slăbi reciproc maxim la un moment dat. 3

96) Instalaţia de obţinere a inelelor lui Newton este iluminată de lumină monocromatică incidentă normală suprafeţei plăcii. Raza de curbură a lentilei este R=15 m. Observarea se realizează în lumină reflectată. Distanța dintre al cincilea și al douăzeci și cincilea inel luminos al lui Newton este l=9 mm. Găsiți lungimea de undă lambda a luminii monocromatice. r=sqrt((2m-1)lambda*R/2), delta d=r2-r1=sqrt((2*m2-1)lambda*R/2)-sqrt((2*m1-1)lambda* R/2)=7sqrt(lambda*R/2)-3sqrt(lambda*R/2)=4sqrt(lambda*R/2), lambda=sqr(delta d)/8R = 675 nm.

97) Două fante sunt la o distanță de 0,1 mm și la 1,20 m de ecran. De la o sursă îndepărtată, lumina cu o lungime de undă de lambda = 500 nm cade pe fante. Cât de distanță sunt dungile luminoase de pe ecran? 2

98) Lumina monocromatică cu o lungime de undă lambda = 0,66 μm incide pe instalația de producere a inelelor lui Newton. Raza celui de-al cincilea inel luminos în lumina reflectată este de 3 mm. Determinați raza de curbură a lentilei. 3m sau 2,5m

100) Pe ecran se observă un model de interferență de la două surse de lumină coerente cu o lungime de undă lambda = 760 nm. Cu câte franjuri se va deplasa modelul de interferență pe ecran dacă pe calea uneia dintre raze este plasat plastic din cuarț topit cu o grosime de d=1 mm și un indice de refracție n=1,46? Fasciculul cade pe placă în mod normal. 2

101) Pe ecran se observă un model de interferență de la două surse de lumină coerente cu o lungime de undă de 589 nm. Câte franjuri se va schimba modelul de interferență pe ecran dacă pe calea uneia dintre raze este plasat plastic de cuarț topit cu grosimea de 0,41 mm cu indice de refracție n=1,46? Fasciculul cade pe placă în mod normal. 3

103) Dacă vă mijiți ochii la filamentul unei lămpi cu incandescență, filamentul pare să fie mărginit de lumini în două direcții perpendiculare. Dacă filamentul lămpii este paralel cu nasul observatorului, atunci este posibil să se observe o serie de imagini curcubeu ale filamentului. Explicați motivul acestui fenomen. 4

104) Lumina cade în mod normal pe o rețea de difracție transparentă de lățimea l=7 cm.Determinați cea mai mică diferență de undă pe care o poate rezolva acest rețele în regiunea lambda=600 nm. Tastați răspunsul în PM, cu precizie în zecimi. 7,98*10^-12=8,0*10^-12

105) Fie intensitatea undei monocromatice egală cu I0. Modelul de difracție este observat folosind un ecran opac cu o gaură rotundă pe care o anumită undă este incidentă perpendicular. Presupunând că gaura este egală cu prima zonă Fresnel, comparați intensitățile I1 și I2, unde I1 este intensitatea luminii din spatele ecranului cu orificiul complet deschis și I2 este intensitatea luminii din spatele ecranului cu gaura pe jumătate închisă ( în diametru). 2

106) Lumina monocromatică cu o lungime de undă de 0,6 μm este incidentă în mod normal pe un rețele de difracție. Unghiul de difracție pentru cel de-al cincilea maxim este de 30, iar diferența minimă de lungime de undă rezolvată de rețea este de 0,2 nm pentru acest maxim. Determinați: 1) constanta rețelei de difracție; 2) lungimea rețelei de difracție. 4

107) Un fascicul de lumină paralel cade pe o diafragmă cu o gaură circulară. Determinați distanța maximă de la centrul găurii la ecran la care se va observa în continuare o pată întunecată în centrul modelului de difracție, dacă raza găurii este r=1 mm, lungimea de undă a luminii incidente este de 0,5 μm. 2

108) În mod normal, lumina monocromatică cade pe o fantă îngustă. Direcția sa către a patra bandă de difracție întunecată este 30. Determinați numărul total de maxime de difracție. 4

109) O undă în mod normal monocromatică de lungime lambda cade pe un rețele de difracție cu o perioadă d=2,8*lambda. Care este cel mai înalt ordin de maxim de difracție produs de rețea? Determinați numărul total de maxime? 1

110) Lumina cu o lungime de undă de 750 nm trece printr-o fantă cu o lățime de D = 20 µm. Care este latimea maximului central de pe ecranul situat la distanta L=20 cm de fanta? 4

111) Un fascicul de lumină dintr-un tub cu descărcare cade în mod normal pe o rețea de difracție. Care ar trebui să fie constanta d a rețelei de difracție astfel încât în ​​direcția phi = 41 maximele liniilor lambda1 = 656,3 nm și lambda2 = 410,2 nm să coincidă. 1

112) Folosind un rețele de difracție cu o perioadă de 0,01 mm, primul maxim de difracție a fost obținut la o distanță de 2,8 cm de maximul central și la o distanță de 1,4 m de rețea. Găsiți lungimea de undă a luminii. 4

113) O sursă punctiformă de lumină cu o lungime de undă de 0,6 μm este situată la o distanță a = 110 cm în fața unei diafragme cu o gaură circulară cu raza de 0,8 mm. Aflați distanța b de la diafragmă la punctul de observație pentru care numărul de zone Fresnel din gaură este k=2. 3

114) O sursă de lumină punctuală (lambda = 0,5 µm) este situată la o distanță a = 1 m în fața unei diafragme cu o gaură rotundă cu diametrul d = 2 mm. Determinați distanța b (m) de la diafragmă la punctul de observare dacă gaura deschide trei zone Fresnel. 2 http://studyport.ru/images/stories/tasks/Physics/difraktsija-sveta/1.gif

116) În mod normal, lumina monocromatică cu o lungime de undă de 550 nm cade pe un rețele de difracție cu lungimea de l = 15 mm, care conține N = 3000 linii. Aflați: 1) numărul de maxime observate în spectrul rețelei de difracție 2) unghiul corespunzător ultimului maxim. 2

117) Cum se schimbă modelul spectrului de difracție atunci când ecranul se îndepărtează de rețea? 2

118) Un fascicul paralel de lumină monocromatică cu o lungime de undă de 0,5 μm este incident în mod normal pe un ecran cu o gaură rotundă cu raza r = 1,5 mm. Punctul de observare este situat pe axa găurii la o distanță de 1,5 m de acesta. Determinați: 1) numărul de zone Fresnel care se potrivesc în gaură; 2) un inel întunecat sau deschis este observat în centrul modelului de difracție dacă un ecran este plasat la locul de observare. r=sqrt(bm*lambda), m=r^2/b*lambda=3 - impar, inel ușor. 2

119) O undă plană este incidentă în mod normal pe o diafragmă cu o gaură circulară. Determinați raza celei de-a patra zone Fresnel dacă raza celei de-a doua zone Fresnel = 2 mm. 4

120) Dispersia unghiulară a unui rețele de difracție în spectrul de ordinul întâi dphi/dlambda=2,02*10^5 rad/m. Găsiți dispersia liniară D a rețelei de difracție dacă distanța focală a lentilei care proiectează spectrul pe ecran este F = 40 cm. 3

În cele din urmă, există o altă modalitate de a caracteriza radiația electromagnetică - prin indicarea temperaturii acesteia. Strict vorbind, această metodă este potrivită numai pentru așa-numita radiație de corp negru sau termică. În fizică, un corp negru absolut este un obiect care absoarbe toate radiațiile incidente pe el. Cu toate acestea, proprietățile ideale de absorbție nu împiedică organismul să emită radiații în sine. Dimpotrivă, pentru un astfel de corp idealizat tipul de spectru de radiație poate fi calculat cu precizie. Aceasta este așa-numita curbă Planck, a cărei formă este determinată de un singur parametru - temperatura. Celebra cocoașă a acestei curbe arată că un corp încălzit emite puțin atât la lungimi de undă foarte lungi, cât și la cele foarte scurte. Radiația maximă are loc la o lungime de undă foarte specifică, a cărei valoare este direct proporțională cu temperatura.

Când se indică această temperatură, trebuie reținut că aceasta nu este o proprietate a radiației în sine, ci doar temperatura unui corp absolut negru idealizat, care are o radiație maximă la o lungime de undă dată. Dacă există motive să credem că radiația este emisă de un corp încălzit, atunci, prin găsirea maximului în spectrul său, se poate determina aproximativ temperatura sursei. De exemplu, temperatura suprafeței Soarelui este de 6 mii de grade. Aceasta corespunde exact cu mijlocul intervalului vizibil de radiație. Acest lucru nu este deloc întâmplător - cel mai probabil, de-a lungul evoluției, ochiul s-a adaptat să folosească lumina solară cât mai eficient posibil.

Ambiguitatea temperaturii

Punctul din spectru în care are loc maximul de radiație al corpului negru depinde de axa pe care tratăm. Dacă lungimea de undă în metri este reprezentată uniform de-a lungul axei absciselor, atunci maximul va avea loc la

λ max = b/T= (2,9·10 –3 m· LA)/T ,

Unde b= 2,9·10 –3 m· LA. Aceasta este așa-numita lege a deplasării lui Wien. Dacă construim același spectru, trasând uniform frecvența radiației pe axa ordonatelor, locația maximului este calculată prin formula:

ν max = (α k/h) · T= (5,9 10 10 Hz/LA) · T ,

unde α = 2,8, k= 1,4·10 –23 J/LA- constanta Boltzmann, h- Constanta lui Planck.

Totul ar fi bine, dar, după cum se dovedește, λ maxși ν max· corespund diferitelor puncte ale spectrului. Acest lucru devine evident dacă calculăm lungimea de undă corespunzătoare lui ν max, atunci se va dovedi:

λ" max = Cu/ν max = (сh/α k)/T= (5,1·10 –3 m·K)/ T .

Astfel, maximul spectrului, determinat de frecvență, în λ" max/ν max = 1,8 ori diferite ca lungime de undă (și deci ca frecvență) de maximul aceluiași spectru determinat de lungimi de undă. Cu alte cuvinte, frecvența și lungimea de undă a radiației maxime a corpului negru nu corespund între ele: λ max ≠ Cu/ν max .

În domeniul vizibil, se obișnuiește să se indice maximul spectrului de radiație termică după lungimea de undă. În spectrul Soarelui, așa cum am menționat deja, acesta se încadrează în domeniul vizibil. Cu toate acestea, frecvența maximă a radiației solare se află în domeniul infraroșu apropiat.

Dar maximul radiației cosmice cu microunde cu o temperatură de 2,7 LA Se obișnuiește să se indice prin frecvență - 160 MHz, care corespunde unei lungimi de undă de 1,9 mm. Între timp, în graficul după lungime de undă, maximul radiației relicte apare la 1,1 mm.

Toate acestea arată că temperatura trebuie folosită cu mare grijă pentru a descrie radiația electromagnetică. Poate fi folosit numai în cazul radiațiilor apropiate în spectru de termică, sau pentru o caracteristică foarte grosieră (precizată la un ordin de mărime) a gamei. De exemplu, radiația vizibilă corespunde unei temperaturi de mii de grade, raze X - milioane, cuptor cu microunde - aproximativ 1 kelvin.

Radiație termala- Aceasta este radiația electromagnetică emisă de o substanță și care provine din energia sa internă.

Este cauzată de excitarea particulelor de materie în timpul ciocnirilor în timpul mișcării termice a ionilor care vibra.

Intensitatea radiației și compoziția sa spectrală depind de temperatura corpului, astfel încât radiația termică nu este întotdeauna percepută de ochi.

Corp. Când este încălzită la o temperatură ridicată, o parte semnificativă a energiei este emisă în domeniul vizibil, iar la temperatura camerei, energia este emisă în partea infraroșu a spectrului.

Conform standardelor internaționale, există 3 zone de radiații infraroșii:

1. Regiunea infraroșu A

λ de la 780 la 1400 nm

2. Regiunea infraroșu B

λ de la 1400 la 3000 nm

3. Regiunea infraroșu C

λ de la 3000 la 1000000 nm.

Caracteristicile radiației termice.

1. Radiația termică - acesta este un fenomen universal inerent tuturor corpurilor și are loc la o temperatură diferită de zero absolut (- 273 K).

2. Intensitatea radiației termice și compoziția spectrală depind de natura și temperatura corpurilor.

3. Radiația termică este de echilibru, adică. într-un sistem izolat la o temperatură constantă, corpurile emit pe unitatea de timp dintr-o unitate de suprafață atâta energie cât primesc din exterior.

4. Odată cu radiația termică, toate corpurile au capacitatea de a absorbi energia termică din exterior.

2 . Principalele caracteristici de absorbție.

1. Energie radiantă W (J)

2. Flux radiant P = W/t (W)

(flux de radiații)

3. Emisivitatea (luminozitatea energetică) este energia radiației electromagnetice emisă în toate direcțiile posibile pe unitatea de timp pe unitatea de suprafață la o anumită temperatură

RT= W/St (W/m2)

4. Capacitatea de absorbție (coeficientul de absorbție) este egală cu raportul dintre fluxul radiant absorbit de un corp dat și fluxul radiant incident asupra corpului la o temperatură dată.

αt = Ragl / Rpad.

3. Emițători termici și caracteristicile acestora.

Conceptul unui corp absolut negru.

Emițători termici- Acestea sunt dispozitive tehnice pentru producerea fluxului radiant termic. Fiecare sursă de căldură este caracterizată de emisivitate, capacitatea de absorbție, temperatura corpului radiant și compoziția spectrală a radiației.

Conceptul de corp absolut negru (a.b.b.) a fost introdus ca standard.

Când lumina trece printr-o substanță, fluxul radiant este parțial reflectat, parțial absorbit, împrăștiat și parțial trece prin substanță.

Dacă un corp absoarbe complet fluxul de lumină incident pe el, atunci se numește corp absolut negru.

Pentru toate lungimile de undă și la orice temperatură, coeficientul de absorbție este α=1. Nu există un corp absolut negru în natură, dar puteți indica un corp apropiat de el în proprietățile sale.

Modelul a.ch.t. este o cavitate cu o gaură foarte mică ai cărei pereți sunt înnegriți. Fasciculul care intră în gaură după reflexii multiple de la pereți va fi absorbit aproape complet.

Dacă încălziți un astfel de model la o temperatură ridicată, gaura va străluci, această radiație se numește radiație neagră. Pentru a.ch.t. Proprietățile de absorbție ale catifei negre sunt similare.

α pentru funingine = 0,952

α pentru catifea neagră = 0,96

Un exemplu este pupila ochiului, o fântână adâncă etc.

Dacă α=0, atunci aceasta este o suprafață complet oglindă. Mai des α este în intervalul de la 0 la 1, astfel de corpuri sunt numite gri.

Pentru corpurile gri, coeficientul de absorbție depinde de lungimea de undă, radiația incidentă și, în mare măsură, de temperatură.

4. Legile radiațiilor termice și caracteristicile acestora

1. legea lui Kirkhoff:

raportul dintre emisivitatea unui corp și capacitatea de absorbție a unui corp la aceeași temperatură și la aceeași lungime de undă este o valoare constantă.

2. legea Stefan-Boltzmann:

emisivitatea a.h.t. proporţional cu puterea a patra a temperaturii sale absolute.

δ este constanta Stefan-Boltzmann.

δ=5,669*10-8 (W/m2*K4)

W=Pt=RTSt= 5StT4

T-temperatura

Pe măsură ce temperatura (T) crește, puterea de radiație crește foarte repede.

Când timpul (t) crește la 800, puterea radiației va crește de 81 de ori.

Legile radiațiilor termice. Căldură radiantă.

Acest lucru poate fi o noutate pentru unii, dar transferul de temperatură are loc nu numai prin conductivitate termică prin atingerea unui corp la altul. Fiecare corp (solid, lichid și gazos) emite raze de căldură ale unei anumite undă. Aceste raze, care părăsesc un corp, sunt absorbite de un alt corp și iau căldură. Și voi încerca să vă explic cum se întâmplă acest lucru și câtă căldură pierdem cu această radiație acasă. (Cred că mulți vor fi interesați să vadă aceste numere). La finalul articolului vom rezolva o problemă dintr-un exemplu real.

Articolul va conține formule cu trei etaje și expresii integrale pentru matematicieni, dar nu vă fie teamă de ele, nici măcar nu trebuie să vă aprofundați în aceste formule. În problemă, vă voi oferi formule care pot fi rezolvate dintr-o singură mișcare și nici nu aveți nevoie să cunoașteți matematica superioară, este suficient să cunoașteți aritmetica elementară.

Am fost convins de asta de mai multe ori că în timp ce stăteam lângă un foc (de obicei unul mare), fața mea era arsă de aceste raze. Și dacă am acoperit focul cu palmele și brațele mi-au fost întinse, s-a dovedit că fața mea a încetat să mai ardă. Nu este greu de ghicit că aceste raze sunt drepte ca lumina. Nu aerul care circulă în jurul focului, sau chiar aerul, mă arde, ci razele de căldură directe, invizibile, care vin din foc.

În spațiu, de obicei există un vid între planete și, prin urmare, transferul de temperaturi se realizează exclusiv prin raze de căldură (Toate razele sunt unde electromagnetice).

Radiația termică are aceeași natură ca lumina și razele electromagnetice (unde). Pur și simplu, aceste unde (raze) au lungimi de undă diferite.

De exemplu, lungimile de undă în intervalul 0,76 - 50 microni sunt numite infraroșu. Toate corpurile la temperatura camerei + 20 °C emit în principal unde infraroșii cu lungimi de undă apropiate de 10 microni.

Orice corp, cu excepția cazului în care temperatura sa este diferită de zero absolut (-273,15 ° C), este capabil să trimită radiații în spațiul înconjurător. Prin urmare, orice corp emite raze asupra corpurilor care îl înconjoară și, la rândul său, este influențat de radiația acestor corpuri.

Orice mobilier din casă (scaun, masă, pereți și chiar o canapea) emite raze de căldură.

Radiația termică poate fi absorbită sau trecută prin corp și poate fi, de asemenea, pur și simplu reflectată de corp. Reflexia razelor de căldură este similară cu cea a unei raze de lumină reflectată de o oglindă. Absorbția radiației termice este similară cu modul în care un acoperiș negru devine foarte fierbinte din cauza razelor solare. Iar pătrunderea sau trecerea razelor este similară cu modul în care razele trec prin sticlă sau aer. Cel mai comun tip de radiație electromagnetică în natură este radiația termică.

Foarte aproape de proprietățile sale de un corp negru este așa-numita radiație relictă sau fundalul cosmic cu microunde - radiație care umple Universul cu o temperatură de aproximativ 3 K.

În general, în știința ingineriei termice, pentru a explica procesele de radiație termică, este convenabil să folosiți conceptul de corp negru pentru a explica calitativ procesele de radiație termică. Doar un corp negru poate face calculele mai ușoare într-un fel.

După cum este descris mai sus, orice organism este capabil să:

Corp negru- acesta este un corp care absoarbe complet energia termică, adică nu reflectă razele și radiația termică nu trece prin el. Dar nu uitați că un corp negru emite energie termică.

De aceea este atât de ușor să aplicați calcule acestui corp.

Ce dificultăți apar în calcule dacă corpul nu este un corp negru?

Un corp care nu este un corp negru are următorii factori:

Acești doi factori complică atât de mult calculul încât „mamă, nu-ți face griji”. E foarte greu să gândești așa. Dar oamenii de știință nu au explicat cu adevărat cum se calculează corpul gri. Apropo, un corp gri este un corp care nu este un corp negru.

Există și un concept: corp alb și corp transparent, dar mai multe despre asta mai jos.

Radiație termala are frecvențe diferite (valuri diferite), iar fiecare corp individual poate avea o lungime de undă diferită de radiație. În plus, atunci când temperatura se schimbă, această lungime de undă se poate modifica, iar intensitatea ei (tăria radiației) se poate modifica și ea.

Toți acești factori vor complica atât de mult procesul încât este dificil să găsești o formulă universală pentru calcularea pierderilor de energie din cauza strălucirii. Și, prin urmare, în manuale și în orice literatură, un corp negru este folosit pentru calcule, iar alte corpuri gri sunt folosite ca parte a corpului negru. Pentru a calcula corpul gri, se folosește coeficientul de negru. Acești coeficienți sunt dați în cărțile de referință pentru unele materiale.

Să ne uităm la o imagine care confirmă complexitatea calculării emisivității.

Figura prezintă două bile care conțin particule din această minge. Săgețile roșii sunt raze emise de particule.

Luați în considerare un corp negru.

În interiorul corpului negru, adânc în interior există câteva particule care sunt indicate în portocaliu. Ei emit raze care absorb alte particule din apropiere, care sunt indicate cu galben. Razele particulelor portocalii ale unui corp negru nu pot trece prin alte particule. Și, prin urmare, numai particulele exterioare ale acestei mingi emit raze pe întreaga zonă a mingii. Prin urmare, calculul corpului negru este ușor de calculat. De asemenea, este general acceptat că un corp negru emite întregul spectru de unde. Adică emite toate undele disponibile de lungimi diferite. Un corp gri poate emite o parte din spectrul de undă, doar de o anumită lungime de undă.

Luați în considerare un corp gri.

În interiorul corpului gri, particulele din interior emit unele dintre razele care trec prin alte particule. Și acesta este singurul motiv pentru care calculul devine mai complicat.

Radiație termala- aceasta este radiația electromagnetică care apare ca urmare a conversiei energiei mișcării termice a particulelor corpului în energie de radiație. Natura termică a excitației emițătorilor elementari (atomi, molecule etc.) este cea care contrastează radiația termică cu toate celelalte tipuri de luminiscență și determină proprietatea sa specifică de a depinde doar de temperatura și caracteristicile optice ale corpului emițător.

Experiența arată că radiația termică se observă în toate corpurile la orice temperatură, alta decât 0 K. Desigur, intensitatea și natura radiației depind de temperatura corpului emițător. De exemplu, toate corpurile cu temperatura camerei de + 20 ° C emit în principal unde infraroșii cu lungimi de undă apropiate de 10 microni, iar Soarele emite energie, a cărei maxim este la 0,5 microni, ceea ce corespunde domeniului vizibil. La T → 0 K, corpurile practic nu emit.

Radiația termică duce la scăderea energiei interne a corpului și, în consecință, la scăderea temperaturii corpului, la răcire. Un corp încălzit eliberează energie internă datorită radiației termice și se răcește la temperatura corpurilor din jur. La rândul lor, prin absorbția radiațiilor, corpurile reci se pot încălzi. Astfel de procese, care pot avea loc și în vid, se numesc radiații.

Corp negru pur- o abstractizare fizică folosită în termodinamică, un corp care absoarbe toată radiația electromagnetică incidentă asupra lui în toate domeniile și nu reflectă nimic. În ciuda numelui, un corp complet negru poate emite el însuși radiații electromagnetice de orice frecvență și are vizual culoare. Spectrul de radiații al unui corp complet negru este determinat doar de temperatura acestuia.

Masa:

(Interval de temperatură în Kelvin și culoarea lor)

până la 1000 roșu

1000-1500 Portocaliu

1500-2000 Galben

2000-4000 Galben pal

4000-5500 Alb gălbui

5500-7000 Alb pur

7000-9000 Alb albăstrui

9000-15000 Alb-albastru

15000-∞ Albastru

Apropo, pe baza lungimii de undă (culoare), am determinat temperatura soarelui, este de aproximativ 6000 Kelvin. Cărbunii strălucesc de obicei roșu. Îți amintește asta de ceva? Puteți determina temperatura după culoare. Adică, există dispozitive care măsoară lungimea de undă, determinând astfel temperatura materialului.

Cele mai negre substanțe reale, de exemplu, funinginea, absorb până la 99% din radiația incidentă (adică au un albedo de 0,01) în intervalul de lungimi de undă vizibile, dar absorb mult mai puțin bine radiația infraroșie. Culoarea neagră profundă a unor materiale (cărbune, catifea neagră) și a pupilei ochiului uman se explică prin același mecanism. Dintre corpurile Sistemului Solar, Soarele are în cea mai mare măsură proprietățile unui corp complet negru. Prin definiție, Soarele nu reflectă practic nicio radiație. Termenul a fost inventat de Gustav Kirchhoff în 1862.

Conform clasificării spectrale, Soarele aparține tipului G2V („pitică galbenă”). Temperatura de suprafață a Soarelui atinge 6000 K, așa că Soarele strălucește cu lumină aproape albă, dar datorită absorbției unei părți a spectrului de către atmosfera Pământului de lângă suprafața planetei noastre, această lumină capătă o nuanță galbenă.

Corpurile absolut negre absorb 100% si in acelasi timp se incalzesc, si invers! un corp încălzit - radiază 100%, asta înseamnă că există un model strict (formula pentru radiația unui corp absolut negru) între temperatura Soarelui - și spectrul acestuia - deoarece atât spectrul, cât și temperatura au fost deja determinate - da, Soarele nu are abateri de la acesti parametri!

În astronomie există o astfel de diagramă - „Spectru-Luminozitate”, și astfel Soarele nostru aparține „secvenței principale” de stele, căreia îi aparțin majoritatea celorlalte stele, adică aproape toate stelele sunt „corpuri absolut negre”, ciudat ca poate părea... Excepții - pitice albe, giganți roșii și noi, supernove...

Acesta este cineva care nu a studiat fizica la școală.

Un corp complet negru absoarbe TOATE radiațiile și emite mai mult decât toate celelalte corpuri (cu cât un corp absoarbe mai mult, cu atât se încălzește mai mult; cu cât se încălzește mai mult, cu atât emite mai mult).

Să avem două suprafețe - gri (cu un coeficient de negrume de 0,5) și absolut negru (cu un coeficient de negrume de 1).

Coeficientul de emisivitate este coeficientul de absorbție.

Acum, prin direcționarea aceluiași flux de fotoni, să zicem 100, pe aceste suprafețe.

O suprafață gri va absorbi 50 dintre ele, o suprafață neagră le va absorbi pe toate 100.

Care suprafață emite mai multă lumină - în care 50 de fotoni sau 100 de „stau”?

Planck a fost primul care a calculat corect radiația corpului negru.

Radiația solară respectă aproximativ formula lui Planck.

Și să începem să studiem teoria...

Radiația se referă la emisia și propagarea undelor electromagnetice de orice fel. În funcție de lungimea de undă, există: radiații cu raze X, ultraviolete, infraroșii, luminoase (vizibile) și unde radio.

radiații cu raze X- unde electromagnetice, a căror energie fotonilor se află la scara undelor electromagnetice între radiațiile ultraviolete și radiațiile gamma, care corespund lungimilor de undă de la 10−2 la 103 Angstromi. 10 Angstrom = 1 nm. (0,001-100 nm)

Radiația ultravioletă(ultraviolete, ultraviolete, UV) - radiație electromagnetică, ocupând intervalul dintre limita violetă a radiației vizibile și radiația cu raze X (10 - 380 nm).

Radiatii infrarosii- radiația electromagnetică, ocupând regiunea spectrală dintre capătul roșu al luminii vizibile (cu lungimea de undă λ = 0,74 μm) și radiația cu microunde (λ ~ 1-2 mm).

Acum întreaga gamă de radiații infraroșii este împărțită în trei componente:

Regiunea cu lungime de undă scurtă: λ = 0,74-2,5 µm;

Regiunea undei medii: λ = 2,5-50 um;

Regiunea cu lungime de undă lungă: λ = 50-2000 µm;

Radiații vizibile- undele electromagnetice percepute de ochiul uman. Sensibilitatea ochiului uman la radiațiile electromagnetice depinde de lungimea de undă (frecvența) radiației, sensibilitatea maximă având loc la 555 nm (540 teraherți), în partea verde a spectrului. Deoarece sensibilitatea scade treptat la zero pe măsură ce te îndepărtezi de punctul maxim, este imposibil să indice limitele exacte ale intervalului spectral de radiație vizibilă. De obicei, regiunea de 380-400 nm (750-790 THz) este luată ca limită de undă scurtă și 760-780 nm (385-395 THz) ca limită de undă lungă. Radiația electromagnetică cu aceste lungimi de undă se mai numește și lumină vizibilă, sau pur și simplu lumină (în sensul restrâns al cuvântului).

Emisii radio(unde radio, frecvențe radio) - radiații electromagnetice cu lungimi de undă de 5 10−5-1010 metri și, respectiv, frecvențe de la 6 1012 Hz și până la câțiva Hz. Undele radio sunt folosite pentru a transmite date în rețelele radio.

Radiație termala este procesul de propagare în spațiu a energiei interne a unui corp radiant prin unde electromagnetice. Agenții cauzali ai acestor unde sunt particulele materiale care alcătuiesc substanța. Propagarea undelor electromagnetice nu necesită un mediu material; în vid ele se propagă cu viteza luminii și sunt caracterizate prin lungimea de undă λ sau frecvența de oscilație ν. La temperaturi de până la 1500 °C, cea mai mare parte a energiei corespunde radiației infraroșii și parțial luminii (λ=0,7÷50 µm).

Trebuie remarcat faptul că energia radiației nu este emisă continuu, ci sub formă de anumite porțiuni - cuante. Purtătorii acestor porțiuni de energie sunt particule elementare de radiație - fotoni, care au energie, cantitate de mișcare și masă electromagnetică. Când energia radiației lovește alte corpuri, este parțial absorbită de acestea, parțial reflectată și parțial trece prin corp. Procesul de transformare a energiei radiațiilor în energie internă a unui corp absorbant se numește absorbție. Cele mai multe solide și lichide emit energie de toate lungimile de undă în intervalul de la 0 la ∞, adică au un spectru de emisie continuu. Gazele emit energie numai în anumite intervale de lungimi de undă (spectru de emisie selectivă). Solidele emit și absorb energie prin suprafața lor, iar gazele prin volumul lor.

Energia emisă pe unitatea de timp într-un interval restrâns de lungimi de undă (de la λ la λ+dλ) se numește flux de radiație monocromatică Qλ. Fluxul de radiație corespunzător întregului spectru în intervalul de la 0 la ∞ se numește flux radiant integral, sau total, Q(W). Fluxul radiant integral emis de o unitate de suprafață a unui corp în toate direcțiile spațiului emisferic se numește densitate integrală de radiație (W/m2).

Pentru a înțelege această formulă, luați în considerare imaginea.

Nu întâmplător am descris două versiuni ale corpului. Formula este valabilă doar pentru un corp de formă pătrată. Deoarece zona radiantă trebuie să fie plană. Cu condiția ca numai suprafața corpului să emită. Particulele interne nu emit.

Cunoscând densitatea de radiație a materialului, puteți calcula câtă energie este cheltuită pentru radiație:

Este necesar să înțelegem că razele care emană din plan au intensități de radiație diferite în raport cu normalul planului.

legea lui Lambert. Energia radiantă emisă de un corp se răspândește în spațiu în direcții diferite cu intensități diferite. Legea care stabilește dependența intensității radiației de direcție se numește legea lui Lambert.

legea lui Lambert stabilește că cantitatea de energie radiantă emisă de un element de suprafață în direcția altui element este proporțională cu produsul dintre cantitatea de energie emisă de-a lungul normalei cu mărimea unghiului spațial făcut de direcția radiației cu normala.

Vezi imaginea.

Intensitatea fiecărei raze poate fi găsită folosind funcția trigonometrică:

Adică este un fel de coeficient de unghi și se supune strict trigonometriei unghiului. Coeficientul funcționează doar pentru un corp negru. Deoarece particulele din apropiere vor absorbi razele laterale. Pentru un corp gri, este necesar să se țină cont de numărul de raze care trec prin particule. Trebuie luată în considerare și reflexia razelor.

În consecință, cea mai mare cantitate de energie radiantă este emisă într-o direcție perpendiculară pe suprafața radiației. Legea lui Lambert este complet valabilă pentru un corp absolut negru și pentru corpuri cu radiație difuză la o temperatură de 0 - 60°C. Legea lui Lambert nu se aplică suprafețelor lustruite. Pentru ei, emisia de radiații la un unghi va fi mai mare decât în ​​direcția normală la suprafață.

Mai jos vom lua în considerare cu siguranță formule mai voluminoase pentru calcularea cantității de căldură pierdută de organism. Dar deocamdată este necesar să înveți ceva suplimentar despre teorie.

Un pic despre definiții. Definițiile vă vor fi utile pentru a vă exprima corect.

Rețineți că majoritatea solidelor și lichidelor au un spectru de radiații continuu (continuu). Aceasta înseamnă că au capacitatea de a emite raze de toate lungimile de undă.

Chiar și o masă obișnuită dintr-o cameră, ca un corp solid, poate emite raze X sau radiații ultraviolete, dar intensitatea ei este atât de scăzută încât nu numai că nu o observăm, dar valoarea sa în raport cu alte unde se poate apropia de zero.

Fluxul radiant (sau fluxul de radiație) este raportul dintre energia radiantă și timpul de radiație, W:

unde Q este energia radiației, J; t - timp, s.

Dacă un flux radiant emis de o suprafață arbitrară în toate direcțiile (adică într-o emisferă de rază arbitrară) are loc într-un interval îngust de lungimi de undă de la λ la λ+Δλ, atunci se numește flux de radiație monocromatic.

Radiația totală de la suprafața corpului pe toate lungimile de undă ale spectrului se numește flux de radiație integral sau total Ф

Fluxul integral emis de o suprafață unitară se numește densitatea de flux de suprafață a radiației integrale sau emisivitate, W/m2,

Formula poate fi folosită și pentru radiații monocromatice. Dacă radiația termică monocromatică cade pe suprafața unui corp, atunci în cazul general o parte egală cu B λ a acestei radiații va fi absorbită de corp, adică. va fi convertit într-o altă formă de energie ca urmare a interacțiunii cu materia, partea F λ va fi reflectată, iar partea D λ va trece prin corp. Dacă presupunem că radiația incidentă asupra corpului este egală cu unitatea, atunci

B λ +F λ +D λ =1

unde B λ, F λ, D λ sunt coeficienți de absorbție și, respectiv, de reflexie

și transmiterea corpului.

Când în spectru, valorile lui B, F, D rămân constante, adică nu depind de lungimea de undă, nu este nevoie de indici. În acest caz

Dacă B = 1 (F = D = 0), atunci un corp care absoarbe complet toată radiația incidentă asupra acestuia, indiferent de lungimea de undă, direcția de incidență și starea de polarizare a radiației, se numește corp negru sau emițător complet.

Dacă F=1 (B=D=0), atunci radiația incidentă asupra corpului este reflectată complet. În cazul în care suprafața corpului este rugoasă, razele sunt reflectate împrăștiat (reflexie difuză), iar corpul se numește alb, iar când suprafața corpului este netedă și reflexia urmează legile opticii geometrice, atunci corpul (suprafața) se numește oglindă. În cazul în care D = 1 (B = F = 0), corpul este permeabil la razele de căldură (diatermic).

Solidele și lichidele sunt practic opace la razele termice (D = 0), adică. atermic. Pentru astfel de organisme

În natură nu există corpuri absolut negre, precum și corpuri transparente sau albe. Asemenea organisme trebuie privite ca abstractizări științifice. Dar totuși, unele corpuri reale pot fi destul de apropiate în proprietățile lor de astfel de corpuri idealizate.

Trebuie remarcat faptul că unele corpuri au anumite proprietăți în raport cu razele de o anumită lungime de undă și proprietăți diferite în raport cu razele de o lungime diferită. De exemplu, un corp poate fi transparent la razele infraroșii și opac la razele vizibile (luminoase). Suprafața unui corp poate fi netedă în raport cu razele de o lungime de undă și aspră pentru razele de altă lungime de undă.

Gazele, în special cele aflate la presiune scăzută, spre deosebire de solide și lichide, emit un spectru de linii. Astfel, gazele absorb și emit raze de doar o anumită lungime de undă, dar nu pot nici emite, nici absorb alte raze. În acest caz, se vorbește despre absorbția și emisia selectivă.

În teoria radiației termice, un rol important îl joacă o cantitate numită densitatea fluxului spectral al radiației, sau emisivitatea spectrală, care este raportul dintre densitatea fluxului radiant emis într-un interval infinitezimal de lungime de undă de la λ la λ+Δλ. la dimensiunea acestui interval de lungime de undă Δλ, W/m2,

unde E este densitatea de suprafață a fluxului radiant, W/m2.

Acum sper că înțelegeți că procesul de calcul devine extrem de dificil. Mai trebuie să lucrăm și să lucrăm în această direcție. Fiecare material trebuie testat la temperaturi diferite. Dar din anumite motive, practic nu există date despre materiale. Sau, mai degrabă, nu am găsit o carte de referință experimentală despre materiale.

De ce nu există un astfel de ghid de materiale? Pentru că radiația termică este foarte mică și cred că este puțin probabil să depășească 10% în condițiile noastre de viață. Prin urmare, acestea nu sunt incluse în calcul. Când zburăm adesea în spațiu, atunci vor apărea toate calculele. Sau mai degrabă, astronautica noastră a acumulat date despre materiale, dar acestea nu sunt încă disponibile gratuit.

Legea absorbției energiei radiante

Fiecare corp este capabil să absoarbă o parte din energia radiantă, mai multe despre aceasta mai jos.

Dacă un flux radiant cade pe orice corp cu grosimea l (vezi figura), atunci în cazul general scade pe măsură ce trece prin corp. Se presupune că modificarea relativă a fluxului radiant de-a lungul căii Δl este direct proporțională cu calea fluxului:

Coeficientul de proporționalitate b se numește indice de absorbție, care depinde în general de proprietățile fizice ale corpului și de lungimea de undă.

Integrând în intervalul de la l la 0 și luând b constantă, obținem

Să stabilim o legătură între coeficientul de absorbție spectrală al corpului B λ și coeficientul de absorbție spectrală al substanței b λ.

Din definiția coeficientului de absorbție spectrală B λ avem

După înlocuirea valorilor în această ecuație, obținem relația dintre coeficientul de absorbție spectrală B λ și indicele de absorbție spectrală B λ.

Coeficientul de absorbție B λ este egal cu zero la l 1 = 0 și b λ = 0. Pentru o valoare mare a lui bλ este suficientă o valoare foarte mică a lui l, dar tot nu egală cu zero, astfel încât valoarea lui B λ este cât se dorește de unitate. În acest caz, putem spune că absorbția are loc într-un strat subțire de suprafață al substanței. Numai în această înțelegere este posibil să vorbim despre absorbția de suprafață. Pentru majoritatea solidelor, din cauza valorii mari a coeficientului de absorbție b λ, „absorbția de suprafață” are loc în sensul indicat și, prin urmare, coeficientul de absorbție este foarte influențat de starea suprafeței sale.

Corpurile, deși cu un coeficient de absorbție scăzut, precum gazele, pot, dacă sunt suficient de groase, să aibă un coeficient de absorbție mare, adică. sunt opace pentru razele cu o lungime de undă dată.

Dacă b λ =0 pentru intervalul Δλ, iar pentru alte lungimi de undă b λ nu este egal cu zero, atunci corpul va absorbi radiația incidentă doar de anumite lungimi de undă. În acest caz, așa cum am menționat mai sus, vorbim de un coeficient de absorbție selectivă.

Să subliniem diferența fundamentală dintre coeficientul de absorbție al unei substanțe b λ și coeficientul de absorbție B λ al unui corp. Prima caracterizează proprietățile fizice ale unei substanțe în raport cu razele de o anumită lungime de undă. Valoarea lui B λ depinde nu numai de proprietățile fizice ale substanței din care este format corpul, ci și de forma, dimensiunea și starea suprafeței corpului.

Legile radiației energiei radiante

Max Planck teoretic, bazat pe teoria electromagnetică, a stabilit o lege (numită legea lui Planck) care exprimă dependența emisivității spectrale a unui corp negru E 0λ de lungimea de undă λ și temperatura T.

unde E 0λ (λ,T) este emisivitatea corpului negru, W/m2; T - temperatura termodinamică, K; C 1 şi C 2 - constante; C1 =2πhc2 =(3,74150±0,0003) 10-16 W m2; C2=hc/k=(1,438790±0,00019) 10-2; m K (aici h=(6,626176±0,000036) 10 -34 J s este constanta lui Planck; c=(299792458±1,2) m/s este viteza de propagare a undelor electromagnetice în spațiul liber: k este constanta lui Boltzmann. )

Din legea lui Planck rezultă că emisivitatea spectrală poate fi zero la o temperatură termodinamică egală cu zero (T=0), sau la o lungime de undă λ = 0 și λ→∞ (la T≠0).

În consecință, un corp negru emite la orice temperatură peste 0 K. (T > 0) raze de toate lungimile de undă, adică. are un spectru de emisie continuu (continuu).

Din formula de mai sus putem obține o expresie calculată pentru emisivitatea unui corp negru:

Integrând în intervalul modificărilor în λ de la 0 la ∞ obținem

Ca rezultat al extinderii integrandului într-o serie și al integrării acestuia, obținem o expresie calculată pentru emisivitatea unui corp negru, numită legea Stefan-Boltzmann:

unde E 0 este emisivitatea corpului negru, W/m2;

σ - constanta Stefan Boltzmann, W/(m 2 K 4);

σ = (5,67032 ± 0,00071) 10-8;

T - temperatura termodinamică, K.

Formula este adesea scrisă într-o formă mai convenabilă pentru calcul:

Vom folosi această formulă pentru calcule. Dar aceasta nu este formula finală. Se aplică doar corpurilor negre. Cum se utilizează pentru corpurile gri va fi descris mai jos.

unde E 0 este emisivitatea corpului negru; C0 = 5,67 W/(m2K4).

Legea Stefan-Boltzmann este formulată astfel: emisivitatea unui corp negru este direct proporțională cu temperatura sa termodinamică cu puterea a patra.

Distribuția spectrală a radiației corpului negru la diferite temperaturi

λ - lungime de undă de la 0 la 10 µm (0-10000 nm)

E 0λ - ar trebui înțeles după cum urmează: Ca și cum ar fi o anumită cantitate de energie (W) în volumul (m 3) al unui corp negru. Acest lucru nu înseamnă că emite o astfel de energie doar din particulele sale externe. Pur și simplu, dacă colectăm toate particulele unui corp negru într-un volum și măsurăm emisivitatea fiecărei particule în toate direcțiile și le adunăm pe toate, atunci vom obține energia totală în volum, care este indicată pe grafic.

După cum se poate observa din locația izotermelor, fiecare dintre ele are un maxim, iar cu cât temperatura termodinamică este mai mare, cu atât este mai mare valoarea E0λ corespunzătoare maximului, iar punctul maxim în sine se deplasează în regiunea undelor mai scurte. Deplasarea emisivității spectrale maxime E0λmax în regiunea undelor mai scurte este cunoscută ca

legea deplasării lui Wien, conform căreia

T λ max = 2,88 10 -3 m K = const și λ max = 2,88 10 -3 / T,

unde λ max este lungimea de undă corespunzătoare valorii maxime a emisivității spectrale E 0λmax.

Deci, de exemplu, la T = 6000 K (temperatura aproximativă a suprafeței solare), E 0λ maxim este situat în regiunea radiației vizibile, în care se încadrează aproximativ 50% din emisivitatea solară.

Aria elementară de sub izotermă, umbrită pe grafic, este egală cu E 0λ Δλ. Este clar că suma acestor zone, adică. integrala reprezintă emisivitatea corpului negru E 0 . Prin urmare, aria dintre izotermă și axa x ilustrează emisivitatea corpului negru la scara convențională a diagramei. La valori scăzute ale temperaturii termodinamice, izotermele trec în imediata apropiere a axei absciselor, iar aria indicată devine atât de mică încât poate fi considerată practic egală cu zero.

Conceptele de așa-numitele corpuri gri și radiații gri joacă un rol important în tehnologie. Gray este un emițător termic neselectiv capabil să emită un spectru continuu, cu emisivitate spectrală E λ pentru unde de toate lungimile și la toate temperaturile, constituind o fracțiune constantă din emisivitatea spectrală a unui corp negru E 0λ i.e.

Constanta ε se numește coeficientul de emisivitate al emițătorului termic. Pentru corpurile gri, coeficientul de emisivitate ε

Graficul arată schematic curbele de distribuție a lungimii de undă ale emisivității spectrale a unui corp negru E λ (ε = 1) și emisivitatea spectrală a unui corp gri E λ de aceeași temperatură ca și corpul negru (la ε = 0,5 și ε = 0,25). ). Emisivitatea corpului gri

Muncă

numită emisivitate a corpului gri.

Valorile de emisivitate obținute din experiență sunt date în literatura de referință.

Majoritatea corpurilor folosite în tehnologie pot fi confundate cu corpuri gri, iar radiația lor este considerată radiație gri. Studii mai precise arată că acest lucru este posibil doar ca primă aproximare, dar este suficient în scopuri practice. Abaterea de la legea Stefan-Boltzmann pentru corpurile gri este de obicei luată în considerare luând emisivitatea C ca depinde de temperatură. În acest sens, tabelele indică domeniul de temperatură pentru care se determină experimental valoarea emisivității C.

Pe viitor, pentru a simplifica concluziile, vom presupune că emisivitatea unui corp gri nu depinde de temperatură.

Coeficienții de emisivitate ai unor materiale

(Material / Temperatura în °C / Valoarea E)

Aluminiu oxidat / 200-600 / 0,11 -0,19

Aluminiu lustruit / 225-575 / 0,039-0,057

Caramida rosie / 20 / 0,93

Caramida ignifuga / - / 0,8-0,9

Cupru oxidat / 200-600 / 0,57-0,87

Plumb oxidat / 200 / 0,63

Otel lustruit / 940-1100 / 0,55-0,61

Fontă turnată / 830-910 / 0,6-0,7

Fonta oxidata / 200-600 / 0,64-0,78

Aluminiu lustruit / 50-500 / 0,04-0,06

Bronz / 50 / 0,1

Tablă zincată, lucioasă / 30 / 0,23

Tablou alb, vechi / 20 / 0,28

Aur lustruit / 200 - 600 / 0,02-0,03

Alama mat / 20-350 / 0,22

Cupru lustruit / 50-100 / 0,02

Nichel lustruit / 200-400 / 0,07-0,09

Tablou lucios / 20-50 / 0,04-0,06

Argint lustruit / 200-600 / 0,02-0,03

Foi de otel laminate / 50 / 0,56

Otel oxidat / 200-600 / 0,8

Oțel foarte oxidat / 500 / 0,98

Fontă / 50 / 0,81

Carton azbest / 20 / 0,96

Lemn rindeluit / 20 / 0,8-0,9

Caramida ignifuga / 500-1000 / 0,8-0,9

Caramida refractara / 1000 / 0,75

Caramida rosie, aspra / 20 / 0,88-0,93

Lac negru, mat / 40-100 / 0,96-0,98

Lac alb / 40-100 / 0,8-0,95

Vopsele în ulei de diverse culori / 100 / 0,92-0,96

Lampa carbon / 20-400 / 0,95

Sticlă / 20-100 / 0,91-0,94

Email alb / 20 / 0,9

legea lui Kirchhoff

Legea lui Kirchhoff stabilește relația dintre emisivitate și coeficientul de absorbție al unui corp cenușiu.

Să considerăm două corpuri gri paralele de întindere infinită cu suprafețe plane de aria A fiecare.

Un plan infinit extins face posibilă aproximarea calculelor pentru găsirea radiației reale în experimente practice și teoretice. În experimentele teoretice, valoarea reală se găsește folosind expresii integrale, iar în experimente, un plan mai mare aduce calculele mai aproape de valorile reale. Astfel, noi, parcă, stingem influența radiațiilor laterale și unghiulare inutile, care zboară și nu este absorbită de plăcile experimentale, cu un plan infinit mare.

Adică, dacă coeficientul este înmulțit cu emisivitate, obținem valoarea de emisie rezultată (W).

Putem presupune că toate razele trimise de un corp cad complet pe celălalt. Să presupunem că coeficienții de transmisie ai acestor corpuri sunt D 1 = D 2 = 0 și că între suprafețele celor două plane există un mediu transparent la căldură (diatermic). Să notăm cu E 1 , B 1 , F 1 , T 1 , şi E 2 , B 2 , F 2 , T 2 emisivitatea, absorbţia, reflexia şi temperaturile de suprafaţă ale primului şi respectiv al doilea corp.

Fluxul de energie radiantă de la suprafața 1 la suprafața 2 este egal cu produsul emisivității suprafeței 1 și aria sa A, adică. E 1 A, din care o parte din E 1 B 2 A este absorbită de suprafața 2, iar o parte din E 1 F 2 A este reflectată înapoi la suprafața 1. Din acest flux reflectat E 1 F 2 A, suprafața 1 absoarbe E 1 F 2 B 1 A și reflectă E 1 F 1 F 2 A. DIN fluxul de energie reflectat E 1 F 1 F 2 A, suprafața 2 va absorbi din nou E 1 F 1 F 2 B 2 A și reflectă E 1 F 1 F 2 A , etc.

În mod similar, energia radiantă este transferată de fluxul E 2 de la suprafața 2 la suprafața 1. Ca urmare, fluxul de energie radiantă absorbit de suprafața 2 (sau eliberat de suprafața 1)

Fluxul de energie radiantă absorbit de suprafața 1 (sau emis de suprafața 2),

În rezultatul final, fluxul de energie radiantă transferat de la suprafața 1 la suprafața 2 va fi egal cu diferența dintre fluxurile radiante Ф 1→2 și Ф 2→1, adică.

Expresia rezultată este valabilă pentru toate temperaturile T 1 și T 2 și, în special, pentru T 1 = T 2. În acest ultim caz, sistemul luat în considerare este în echilibru termic dinamic, iar pe baza celei de-a doua lege a termodinamicii, este necesar să se pună Ф 1→2 = Ф 2→1 care urmează

E 1 B 2 = E 2 B 1 sau

Egalitatea rezultată se numește legea lui Kirchhoff: raportul dintre emisivitatea unui corp și coeficientul său de absorbție pentru toate corpurile gri la aceeași temperatură este același și egal cu emisivitatea unui corp negru la aceeași temperatură.

Dacă un corp are un coeficient de absorbție scăzut, cum ar fi un metal bine lustruit, atunci acest corp are și emisivitate scăzută. Pe această bază, pentru a reduce pierderile de căldură prin radiație în mediul exterior, suprafețele care degajă căldură sunt acoperite cu foi de metal lustruit pentru izolare termică.

La derivarea legii lui Kirchhoff s-a luat în considerare radiația gri. Concluzia va rămâne valabilă chiar dacă radiația termică a ambelor corpuri este considerată doar într-o anumită parte a spectrului, dar are totuși același caracter, adică. ambele corpuri emit raze ale căror lungimi de undă se află în aceeași regiune spectrală arbitrară. În cazul limitativ ajungem la cazul radiației monocromatice. Apoi

acestea. pentru radiația monocromatică, legea lui Kirchhoff ar trebui formulată după cum urmează: raportul dintre emisivitatea spectrală a unui corp la o anumită lungime de undă și coeficientul său de absorbție la aceeași lungime de undă este același pentru toate corpurile la aceleași temperaturi și este egal cu radiația spectrală. emisivitatea unui corp negru la unde de aceeași lungime și aceeași temperatură.

Concluzionăm că pentru un corp gri B = ε, i.e. conceptele de „coeficient de absorbție” B și „coeficient de întuneric” ε pentru un corp gri coincid. Prin definiție, coeficientul de emisivitate nu depinde nici de temperatură, nici de lungimea de undă și, prin urmare, coeficientul de absorbție al unui corp gri nu depinde nici de lungimea de undă, nici de temperatură.

Radiația gazelor

Radiația de la gaze diferă semnificativ de radiația de la solide. Absorbția și emisia de gaze - selective (selective). Gazele absorb și emit energie radiantă numai în anumite intervale, destul de înguste, lungimi de undă Δλ - așa-numitele benzi. În restul spectrului, gazele nu emit sau absorb energie radiantă.

Gazele diatomice au o capacitate neglijabil de mică de a absorbi energia radiantă și, prin urmare, o capacitate scăzută de a o emite. Prin urmare, aceste gaze sunt de obicei considerate diatermice. Spre deosebire de gazele diatomice, gazele poliatomice, inclusiv gazele triatomice, au o capacitate semnificativă de a emite și absorbi energie radiantă. Dintre gazele triatomice din domeniul calculelor termotehnice, dioxidul de carbon (CO 2 ) și vaporii de apă (H 2 O ), care au fiecare trei benzi de emisie, prezintă cel mai mare interes practic.

Spre deosebire de solide, indicele de absorbție pentru gaze (desigur, în regiunea benzilor de absorbție) este mic. Prin urmare, pentru corpurile gazoase nu se mai poate vorbi de absorbție „de suprafață”, deoarece absorbția energiei radiante are loc într-un volum finit de gaz. În acest sens, absorbția și emisia de gaze se numesc volumetrice. În plus, coeficientul de absorbție b λ pentru gaze depinde de temperatură.

Conform legii de absorbție, coeficientul de absorbție spectrală al unui corp poate fi determinat prin:

Pentru corpurile gazoase, această dependență este oarecum complicată de faptul că coeficientul de absorbție a gazului este afectat de presiunea acestuia. Aceasta din urmă se explică prin faptul că absorbția (radiația) este mai intensă, cu atât este mai mare numărul de molecule care întâlnesc fasciculul pe calea acestuia, iar numărul de molecule de volum (raportul dintre numărul de molecule și volum) este direct proporțional. la presiune (la t = const).

În calculele tehnice ale radiației gazoase, gazele absorbante (CO 2 și H 2 O) sunt de obicei incluse ca componente în amestecul de gaze. Dacă presiunea amestecului este p, iar presiunea parțială a gazului absorbant (sau emitent) este p i, atunci în loc de l este necesar să se înlocuiască valoarea p i 1. Valoarea p i 1, care este produsul gazului presiunea și grosimea acesteia, se numește grosimea efectivă a stratului. Astfel, pentru gaze coeficientul de absorbție spectrală

Coeficientul de absorbție spectrală a unui gaz (în spațiu) depinde de proprietățile fizice ale gazului, de forma spațiului, de dimensiunile acestuia și de temperatura gazului. Apoi, în conformitate cu legea lui Kirchhoff, emisivitatea spectrală

Emisivitate într-o bandă spectrală

Această formulă este utilizată pentru a determina emisivitatea unui gaz în spațiul liber (gol). (Spațiul liber poate fi considerat spațiu negru la 0 K.) Dar spațiul gazos este întotdeauna limitat de suprafața unui corp solid, care în general are o temperatură T st ≠ T g și un coeficient de emisivitate ε st

Emisivitatea unui gaz într-un spațiu închis este egală cu suma emisivităților preluate pe toate benzile spectrale:

Studiile experimentale au aratat ca emisivitatea gazelor nu respecta legea Stefan-Boltzmann, i.e. în funcţie de puterea a patra a temperaturii absolute.

Totuși, pentru calculele practice ale radiației gazului se folosește legea puterilor a patra, introducând o corecție corespunzătoare la valoarea coeficientului de emisivitate a gazului ε g:

Aici ε g = f(T,p l)

Lungimea medie a traseului fasciculului

unde V este volumul gazului; A este suprafața cochiliei.

Emisivitatea unui gaz ale cărui componente sunt CO 2 și H 2 O (gaze de ardere) față de învelișul unui corp gri

în care ultimul termen ţine cont de radiaţia intrinsecă a cochiliei.

Așa-numitul factor de emisivitate efectivă al carcasei ε" st, mai mare decât ε st, datorită prezenței gazului radiant.

Coeficientul de emisivitate a gazului la temperatura gazului t g

Valorile emisivității ε CO2 și ε H2O în funcție de temperatură la diferite valori ale parametrului p i l sunt prezentate în figură.

Factorul de corecție β este determinat din grafic.

Benzile de emisie și absorbție pentru CO 2 și H 2 0 se suprapun oarecum una pe cealaltă și, prin urmare, o parte din energia emisă de un gaz este absorbită de celălalt. Prin urmare, coeficientul de emisivitate al unui amestec de dioxid de carbon și vapori de apă la temperatura peretelui t st

unde Δε g este corecția ținând cont de absorbția specificată. Pentru produsele de combustie gazoasă de compoziție convențională, Δε g = 2 - 4% și poate fi neglijat.

Se poate presupune că la ε st = 0,8 + 1,0, coeficientul efectiv de emisivitate al carcasei este ε" st = 0,5 (ε st + 1).

Aceste caracteristici ale radiației și absorbției gazelor fac posibilă stabilirea mecanismului așa-numitului „efect de seră”, care are un impact semnificativ asupra formării și schimbării climatului Pământului.

Cea mai mare parte a radiațiilor solare trece prin atmosferă și încălzește suprafața Pământului. La rândul său, Pământul emite radiații infraroșii, determinându-l să se răcească. Cu toate acestea, o parte din această radiație este absorbită de gazele poliatomice („de seră”) din atmosferă, care, în consecință, joacă rolul unei „pături” care reține căldura. În același timp, cel mai mare impact asupra încălzirii globale este exercitat de astfel de gaze „cu efect de seră” precum dioxidul de carbon (55%), freonii și gazele aferente (25%), metanul (15%) etc.

Unele legi vor fi abordate în continuare pe pagina următoare. Va fi, de asemenea, o explicație detaliată a modului în care radiația termică are loc printr-o fereastră. Vor fi descriși unii factori care afectează transferul de căldură prin radiație, precum și problemele de radiație din viața reală.