Стальная болванка температура которой 727 излучает за 1 секунду 4 дж
Обновлено: 18.05.2024
1. Стальная болванка, температура которой 727 0 С, излучает за 1 с 4 Дж энергии с поверхности площадью 1 см 2 . Определить отношение энергетических светимостей стальной болванки и абсолютно чёрного тела при данной температуре, считая, что оно одинаково для всех длин волн.
1) 0,6; | 2) 0,7; | 3) 0,8; | 4) 0,9. |
2. Световой поток мощностью 9 Вт нормально падает на поверхность площадью 10 см 2 , коэффициент отражения которой равен 0,8. Какое давление испытывает при этом данная поверхность?
1) 34 мкПа; | 2) 44 мкПа; | 3) 54 мкПа; | 4) 64 мкПа. |
3. Изменение длины волны рентгеновских лучей при комптоновском рассеянии равно 2,4 пм. Определить угол рассеяния и энергию, переданную при этом электронам отдачи, если первоначальная длина волны рентгеновских лучей была равна 10 пм.
1) 60 0 ; 24 кэВ; | 2) 90 0 ; 24 кэВ; | 3) 60 0 ; 48 кэВ; | 4) 90 0 ; 48 кэВ. |
4. Неопределённость скорости электронов, движущихся вдоль оси абсцисс, составляет 100 м/с. Какова при этом неопределённость координаты Δх, определяющей местоположение электрона?
1) 4,2·10 -6 м; | 2) 3,2·10 -6 м; | 3) 2,2·10 -6 м; | 4) 1,2·10 -6 м. |
5. Основываясь на том, что энергия ионизации атома водорода равна 13,6 эВ, определить в электрон-вольтах энергию фотона, соответствующую самой длинноволновой линии серии Лаймана.
1) 6,8; | 2) 9,8; | 3) 10,2; | 4) 10,8. |
6. Какие спектры излучения имеют тормозное (а) и характеристическое (б) рентгеновские излучения?
7. Что изменится в процессе внутреннего фотоэффекта при увеличении интенсивности света?
1) увеличится проводимость полупроводника; | 2) уменьшится красная граница фотоэффекта; | 3) увеличится красная граница фотоэффекта; | 4) уменьшится количество свободных носителей заряда. |
8. Определить период полураспада висмута , если известно, что висмут массой 1 г выбрасывает 4,58·10 15 β - -частиц за 1 с.
1) 3,02 сут; | 2) 4,02 сут; | 3) 5,02 сут; | 4) 6,02 сут. |
9. Какова физическая природа гамма-излучения?
1) поток электронов; | 2) поток протонов; | 3) поток ядер гелия; | 4) электро-магнитные волны. |
10. В каком из физических взаимодействий участвуют все элементарные частицы?
1) грави-тационное; | 2) электро-магнитное; | 3) сильное; | 4) слабое. |
ВАРИАНТ КАЯФ-III
1. Определить мощность электрического тока, необходимую для накаливания нити диаметром 1 мм и длиной 20 см до температуры 2500 К. Считать, что нить излучает как абсолютно чёрное тело и по установлении равновесия всё выделяющееся в нити количество теплоты теряется на излучение.
1) 1390 Вт; | 2) 2390 Вт; | 3) 3390 Вт; | 4) 4390 Вт. |
2. Энергия фотона 1 МэВ. Определить импульс фотона.
1) 213 нм; | 2) 313 нм; | 3) 413 нм; | 4) 513 нм. |
4. Вычислить длину волны де Бройля для протона с кинетической энергией 100 эВ.
1) 2,26 пм; | 2) 2,46 пм; | 3) 2,66 пм; | 4) 2,86 пм. |
5. Какие спектральные линии появятся при возбуждении атомарного водорода электронами с энергией 13,6 эВ?
1) 88 нм; | 2) 132 нм; | 3) 176 нм; | 4) весь спектр. |
6. Наименьшая длина волны сплошного спектра рентгеновских лучей, полученного в результате торможения электронов на антикатоде рентгеновской трубки, равна 0,5 нм. Какова наибольшая скорость электронов?
1) 29,5 Мм/с; | 2) 39,5 Мм/с; | 3) 49,5 Мм/с; | 4) 59,5 Мм/с. |
7. Какое физическое явление используется в фотоэлектрических источниках энергии (солнечные батареи)?
1) внешний фотоэффект; | 2) внутренний фотоэффект; | 3) вентильный фотоэффект; | 4) эффект Комптона. |
8. Какая доля от первоначального числа атомов радиоактивного радия с периодом полураспада 1600 лет распадается за 3100 лет?
1) 0,44; | 2) 0,54; | 3) 0,64; | 4) 0,74. |
9. Цепная ядерная реакция – процесс, в котором определенная реакция вызывает последующие реакции такого же типа. Укажите условия ее протекания:
1) отсутствие примесей, поглощающих нейтроны; | 2) наличие критической массы вещества в критическом объеме; | 3) достаточная для деления ядер скорость нейтронов; | 4) выполнение всех выше- перечисленных условий. |
10. Какая из элементарных частиц имеет наименьшую массу покоя? Чему равен ее электрический заряд (здесь е – элементарный заряд)?
2. Тепловое излучение
Вследствие изменения температуры абсолютно черного тела максимум спектральной плотности энергетической светимости сместился с 24000Ǻ на 8000Ǻ. Как и во сколько раз изменились энергетическая светимость тела и максимальное значение спектральной плотности энергетической светимости?
Температура абсолютно черного тела равна 2000К. Определить: а) спектральную плотность энергетической светимости для длины волны 6000Ǻ; б) энергетическую светимость в интервале длин волн от 5900Ǻ до 6100Ǻ. Принять, что среднее значение спектральной плотности энергетической светимости тела в этом интервале равно значению, найденному для длины волны 6000Ǻ.
Энергия, излучаемая через смотровое окошко печи за время t, равна W. Площадь окошка равна S, максимум в спектре излучения приходится на длину волны λ. Определить энергию W, если t=5с; S=5,5см 2 ; λ=1,6мкм.
Модель абсолютно черного тела - полость с малым круглым отверстием диаметром d. Нагрев производится электрической спиралью, потребляющей ток I при напряжении U, причем некоторая доля энергии р рассеивается стенками полости. Равновесная температура излучения, исходящего из отверстия, равна T. Определить ток I, если d=2,3см; U=380В; p=0,07; T=1120К.
Небольшая болванка с поверхностью S находится в печи с температурой стенок t1. При температуре болванки t2 результирующая энергия, получаемая ею в результате теплообмена излучением со стенками за единицу времени, равна W. Болванку можно считать серым телом с поглощательной способностью . Определить энергию W, если S=150см 2 ; t1=1100ºС; t2=380ºС; =0,8
Температура поверхности котла равна t1, температура окружающей среды t2. Результирующая энергия, теряемая поверхностью котла в единицу времени за счет теплообмена излучением с окружающей средой, равна W. Величина поверхности котла S, коэффициент поглощения поверхности котла . Определить коэффициент поглощения, если t1=+157ºС;t2=-13ºС; S=2,5м 2 ; W=1,47 кВт.
Найти с помощью формулы Планка мощность излучения единицы поверхности абсолютно черного тела, приходящегося на узкий интервал длин волн ∆λ=1,0 нм вблизи максимума спектральной плотности излучения, при температуре тела T=300К.
Котел с водой при 97ºС излучает энергию на руку наблюдателя, на поверхности которой температура 27ºС. Во сколько раз больше получит кусок льда такой же поверхности на том же расстоянии? Излучение считать близким к излучению абсолютно черного тела.
Какое количество энергии излучает в течение суток каменное оштукатуренное здание общей поверхностью 1000м 2 , если коэффициент поглощения (поглощательная способность) при этом 0,8 и температура излучающей поверхности 0ºС.
Стальная болванка, температура которой 727ºС, излучает за 1с 4Дж энергии с поверхности 1см 2 . Определить коэффициент поглощения (поглощательную способность) болванки при данной температуре, считая, что он одинаков для всех волн.
Железный шар диаметром 10см, нагретый до температуры 1227ºС, остывает на открытом воздухе. Через какое время его температура понизится до 1000К? При расчете принять, что шар излучает как серое тело с коэффициентом поглощения (поглощательной способностью) железа 0,5. Теплопроводностью воздуха пренебречь.
Муфельная печь потребляет мощность 0,5кВт. Температура ее внутренней поверхности при открытом отверстии диаметром 5см равна 700ºС. Какая часть потребляемой мощности рассеивается стенками?
В каких областях спектра лежат длины волн, соответствующие максимуму излучательной способности, если в качестве источника света взяты: 1) спираль электрической лампочки (Т=3000ºК), 2) поверхность Солнца (Т=6000ºК) и 3) атомная бомба, имеющая в момент взрыва температуру около 10 7 К. Излучение считать близким к излучению абсолютно черного тела.
Источник монохроматического излучения с длиной волны λ излучает одинаково по всем направлениям. Мощность излучения равна Р. На площадку величиной S, поставленную на расстоянии ℓ от источника перпендикулярно к лучам, падает в единицу времени n фотонов. Определить n, если λ=0,69мкм; Р=0,14Вт; S=5,0см 2 ; ℓ=3,5км.
1) Найти, насколько уменьшится масса Солнца за год вследствие излучения? 2) Считая излучение Солнца постоянным, найти, за какое время масса Солнца уменьшится вдвое. Температуру поверхности Солнца принять равной 5800К.
Какую мощность надо подводить к зачерненному металлическому шарику радиусом 2см, чтобы поддерживать его температуру на 27º выше температуры окружающей среды? Температура окружающей среды равна 20ºС. Считать, что тепло теряется только вследствие излучения.
Поверхность тела нагрета до температуры 1000К. Затем одна половина этой поверхности нагревается на 100º, другая охлаждается на 100º Во сколько раз изменится энергетическая светимость поверхности этого тела?
Температура абсолютно черного тела изменилась при нагревании от 1000К до 3000К. 1) Во сколько раз увеличилась при этом его энергетическая светимость? 2) На сколько изменилась при этом длина волны, на которую приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости? 3) Во сколько раз увеличилась его максимальная спектральная плотность энергетической светимости?
На какую длину волны приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела, имеющего температуру, равную температуре человеческого тела, т.е. t=37ºС?
Считая, что атмосфера поглощает 10% лучистой энергии, посылаемой Солнцем, найти мощность, получаемую от Солнца горизонтальным участком Земли площадью в 0,5га. Высота Солнца над горизонтом равна 30º Излучение Солнца считать близким к излучению абсолютно черного тела.
Температура вольфрамовой спирали в 25-ваттной электрической лампочке равна 2450К. Отношение ее энергетической светимости к энергетической светимости абсолютно черного тела при данной температуре равно 0,3. Найти величину излучающей поверхности спирали.
Диаметр вольфрамовой спирали в электрической лампочке равен 0,3мм, длина спирали 5см. При включении лампочки в цепь напряжением в 127В через лампочку течет ток силой 0,31А. Найти температуру лампочки. Считать, что по установлении равновесия все выделяющееся в нити тепло теряется в результате лучеиспускания. Отношение энергетических светимостей вольфрама и абсолютно черного тела считать для этой температуры равным 0,31.
Раскаленная металлическая поверхность площадью в 10см 2 излучает в одну минуту 4∙10 4 Дж. Температура поверхности равна 2500К. Найти: 1) каково было бы излучение этой поверхности, если бы она была абсолютно черной? 2) Каково отношение энергетических светимостей этой поверхности и абсолютно черного тела при данной температуре?
Определить поглощательную способность серого тела, для которого температура T, измеренная радиационным пирометром, равна 1,4∙10 3 К, тогда как истинная температура Т тела равна 3,2∙10 3 К.
Поток энергии, излучаемой из смотрового окошка плавильной печи, Ф=34Вт. Определить температуру печи, если площадь отверстия S=6см 2 .
Максимум спектральной плотности энергетической светимости яркой красноватой звезды Арктур приходится на длину волны 5800Ǻ. Принимая, что звезда излучает как абсолютно черное тело, определить температуру поверхности звезды.
Тепловое излучение.
1. Температура абсолютно черного тела изменяется от 727 ºС до 1727 ºС. Во сколько раз изменится при этом полное количество получаемой телом энергии?
2. Длина волны, соответствующая максимуму энергии в спектре абсолютно черного тела, 720 нм, излучающая поверхность S = 5 см 2 . Определить мощность излучения.
3. Максимум энергии излучения абсолютно черного тела приходится на длину волны 450 нм. Определить температуру и энергетическую светимость тела.
4. Поток излучения абсолютно черного тел 2,5 кВт. Максимум энергии излучения приходится на длину волны 1,65 мкм. Определить площадь излучающей поверхности.
5. Поток энергии, излучаемый из смотрового окошка плавильной печи 34 Вт. Определить температуру печи, если площадь отверстия 6 см 2 .
6. Абсолютно черное тело имеет температуру Т = 2900 К. В результате остывания тела длина волны, на которую приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости, изменилась на Δ = 9·10 -6 м. До какой температуры охладилось тело?(b = 2,9·10 -3 м·К).
7. Определить энергию W излучаемую за время t = 1 мин из смотрового окошка площадью S = 8 см 2 плавильной печи, если ее температура Т = 1,2 кК.
8. Муфельная печь потребляет мощность Р = 1 кВт температура Т ее внутренней поверхности при открытом отверстии площадью S = 25 см 2 равна 1,2 кК. Считая, что отверстие печи излучает как абсолютно черное тело, определить, какая доля η мощности рассеивается стенками.
9. Какую энергетическую светимость имеет затвердевший свинец. Отношение энергетических светимостей свинца и абсолютно черного тела10. При увеличении термодинамической температуры Т черного тела в два раза длина волны λmax, на которую приходился максимум спектральной плотности энергетической светимости Т1 и Т2.
11. Вычислить истинную температуру T вольфрамовой раскаленной ленты, если радиационный пирометр показывает температуру Tград = 2,5 кК. Принять, что поглощательная способность для вольфрама не зависит от частоты излучения и равна12. Черное тело имеет температуру Т1 = 500 К. Какова будет температура Т2 тела, если в результате нагревания поток излучения увеличится в n = 5раз?
13. Температура абсолютно черного тела Т = 2 кK. Определить длину волны lmax, на которую приходится максимум энергии излучения, и спектральную плотность энергетической светимости (излучательности)14. Определить температуру Т и энергетическую светимость (излучательность) Re абсолютно черного тела, если максимум энергии излучения приходится на длину волны λmax = 600 нм.
15. Из смотрового окошечка печи излучается поток Фe = 4 кДж/мин. Определить температуру Т печи, если площадь окошечка S = 8 см 2 .
16. Поток излучения абсолютно черного тела Фe = 10 кВт. Максимум энергии излучения приходится на длину волны λmax = 0,8 мкм. Определить площадь S излучающей поверхности.
17. Как и во сколько раз изменится поток излучения абсолютно черного тела, если максимум энергии излучения переместится с красной границы видимого спектра (λmax1 = 780 нм) на фиолетовую (λmax2 = 390 нм)?
18. Определить поглощательную способность аT серого тела, для которого температура, измеренная радиационным пирометром, Tград = 1,4 кК, тогда как истинная температура Т тела равна 3,2 кК.
19. Муфельная печь, потребляющая мощность Р = 1 кВт, имеет отверстие площадью S = 100 см 2 . Определить долю η мощности, рассеиваемой стенками печи, если температура ее внутренней поверхности равна 1 кК.
20. Средняя энергетическая светимость R поверхности Земли равна 0,54 Дж/(см 2 ·мин). Какова должна быть температура Т поверхности Земли, если условно считать, что она излучает как серое тело с коэффициентом черноты21. Во сколько раз увеличится мощность излучения абсолютно черного тела, если максимум излучения переместится от красной границы видимого света (760 нм) к его фиолетовой границе (380 нм)?
22. При какой температуре энергетическая светимость абсолютно черного тела равна 1 кВт/м 2 ?
23. Температура абсолютно черного тела уменьшилась на 1%. На сколько процентов уменьшилась энергетическая светимость тела?
24. Количество лучистой энергии Солнца, падающей на площадку, перпендикулярную к солнечным лучам, находящуюся за пределами атмосферы, вблизи Земли, равна 1,35 кВт/м 2 . Какова будет температура абсолютно черной пластинки, установленной за пределами атмосферы вблизи Земли перпендикулярно лучам Солнца? Температуру поверхности Солнца принять 5800 К.
25. Стальная болванка при температуре 927 °С излучает за секунду 8,2 Дж с каждого 1 см 2 поверхности. Определить интегральную поглощательную способность данной болванки.
26. Площадь поверхности нити накала 60-ваттной вольфрамовой лампы накаливания 0,5 см 2 . Интегральная поглощательная способность вольфрама 0,6. Определить температуру нити накала.
27. Принимая температуру поверхности Солнца равной 5800 К, определить количество солнечной энергии, падающей за 1 с на площадку в 1 м 2 , поставленную перпендикулярно солнечным лучам вблизи Земли за пределами земной атмосферы. Считать Солнце абсолютно черным телом.
28. Принимая температуру поверхности Солнца, равной 5800 К и считая излучение абсолютно черным, вычислить уменьшение массы Солнца вследствие излучения за 1 с. За сколько лет масса Солнца уменьшится на 0,001 %?
29. Стальной шар радиусом 4,5 см нагрет до температуры 1300 К. Шар остывает в открытом пространстве. За какое время температура шара понизится до 1200 К? Считать, что шар остывает как серое тело с поглощательной способностью 0,5.
30. При нагревании тела длина волны, на которую приходится максимум излучательной способности, изменилась от 1,45 мкм до 1,16 мкм. Насколько изменилась максимальная спектральная плотность энергетической светимости тела?
II Вопросы для самоконтроля.
Чем отличается тепловое излучение от других видов излучения тел (например, люминесценции)?
Предложите способы определения температуры раскаленных или удаленных нагретых тел, основанных на законах теплового излучения.
Сформулируйте теорему о равнораспределении энергии по степеням свободы. Укажите границы применения этой теоремы.
Имеется два одинаковых шарика, поверхность одного из них покрыта черной сажей, другого является зеркальной. Какой из этих шариков будет лучше излучать тепло при нагревании?
От каких параметров зависит излучательная способность тел, поглощательная способность и их отношение?
III Примеры решения задач.
Задача 1. Определить спектральную плотность излучения как функцию длины волны λ. Найти число инфракрасных (длинноволновых) фотонов в единице объема, заполненным теплым излучением при температуре T.
Дано: Решение:
Задача 2. Солнечный спектр достаточно близок к излучения АЧТ, для которого максимум излучательной способности соответствуют длине волны . Найти мощность теплового излучения Солнца. Оценить время, за которое его масса за счет теплового излучения уменьшится на 1%. Масса Солнца и его радиус равны соответственно
Д ано: Решение
Задача 3. Медный шарик радиуса r =1cм с абсолютно черной поверхностью поместили в откаченный сосуд, температура стенок которого поддерживается близкой к . Начальная температура шарика 300К. Через какой промежуток времени его температура уменьшится вn=1,5 раза? Теплоемкость меди и ее плотность соответственно
Задача 4. Температура поверхности звезды Т=1200К. Можно ли определить цветовую температуру звезды по закону смещения Вина, если земная атмосфера поглощает все лучи с длиной волны короче λ=295нм?
Дано: Решение:
Задача 5. Из отверстия печи излучаетсяW=250кДж энергии за 1мин. В какой области спектра лежит длина волны, на которую приходится максимум энергии?
Задача 6. Во сколько раз увеличится мощность излучения АЧТ, если максимум энергии в спектре переместилась от 700нм до 600нм?
IV Задачи для самостоятельного решения.
№1 Абсолютно черная пластинка, находящаяся вблизи Земли за пределами ее атмосферы, освещается лучами солнца перпендикулярно ее поверхности. Определить установившуюся температуру пластинки, если солнечная постоянная С=1,4 кВт/.(Солнечная постоянная равна количеству лучистой энергии, посылаемой солнцем ежесекундно через площадку в 1, находящуюся в близи земли за пределами ее атмосферы).
№2 Котел с водой при температуре излучает энергию на руку наблюдателя, на поверхности которой температураградусов. Во сколько раз больше энергии получит кусок льда такой же поверхности на таком же расстоянии? Излучение считать близким к излучению АЧТ.
№3 Стальная болванка, температура которой 727 градусов, излучает за одну секунду 4 Дж энергии с поверхности 1. Считая тело серым, определить поглощающую способность болванки.
Читайте также: