ტალღის სიგრძე, რომლის დროსაც ხდება მაქსიმალური ენერგია. შავი სხეულის გამოსხივების კანონები

ამოცანების ამოხსნა ფიზიკაში, კვანტურ ოპტიკაში

პრობლემა 536. დაადგინეთ რომელი ტალღის სიგრძე შეესაბამება ენერგიის სიკაშკაშის მაქსიმალურ სპექტრულ სიმკვრივეს (r λ, T)max ტოლია 1.3 * 10 11 W / m 3

პრობლემის გადაწყვეტა.

ამოცანები დამოუკიდებელი შესასრულებლად და საკონტროლო სამუშაოები, კვანტური ოპტიკა

1. დნობის ღუმელის სანახავი ფანჯრიდან გამოსხივებული Fe ენერგიის ნაკადი არის 34 ვტ. განსაზღვრეთ ღუმელის ტემპერატურა T, თუ გახსნის ფართობი S = 6 სმ2. (პასუხი: 1კკ).

2. სირიუსის ვარსკვლავის ზედა ფენების T ტემპერატურაა 10 კკ. განსაზღვრეთ ენერგეტიკული ნაკადი Fe გამოსხივებული ამ ვარსკვლავის ზედაპირის ფართობიდან S = 1 კმ2. (პასუხი: 56,7 GW).

3. მზის ზედა ფენების ტემპერატურაა 5,3 კკ. ვივარაუდოთ, რომ მზე არის შავი სხეული, განსაზღვრეთ ტალღის სიგრძე m, რომელიც შეესაბამება მზის ენერგიის სიკაშკაშის მაქსიმალურ სპექტრულ სიმკვრივეს. (პასუხი: 547 ნმ).

4. როდესაც შავი სხეულის თერმოდინამიკური ტემპერატურა T გაორმაგდება, ტალღის სიგრძე m, რომელიც ითვალისწინებს ენერგიის სიკაშკაშის მაქსიმალურ სპექტრულ სიმკვრივეს, მცირდება  = 400 ნმ. განსაზღვრეთ საწყისი და საბოლოო ტემპერატურა T1 და T2. (პასუხი: 3,62 კკ; 7,24 კკ).

5. შავი სხეულის ტემპერატურა T არის 2 კკ. განსაზღვრეთ: 1) ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივე (r, Т) ტალღის სიგრძეზე  = 600 ნმ; 2) ენერგიის სიკაშკაშე Re ტალღის სიგრძის დიაპაზონში 1 = 590 ნმ-დან 2 = 610 ნმ-მდე. დავუშვათ, რომ სხეულის ენერგიის სიკაშკაშის საშუალო სპექტრული სიმკვრივე ამ ინტერვალში ტოლია ტალღის სიგრძისთვის  = 600 ნმ. (პასუხი: 30 მვტ/მ2∙მმ; 600 ვტ/მ2).

5. გარკვეული სხეულისთვის მისი ემისიურობა ნულოვანია მხოლოდ  ტალღის სიგრძის დიაპაზონში. იპოვეთ სხეულის ენერგეტიკული სიკაშკაშე, თუ მითითებულ დიაპაზონში სხეულის ემისიურობა უდრის მუდმივ მნიშვნელობას .

6. მზის სინათლის ინტენსივობა დედამიწის ზედაპირთან არის დაახლოებით 0,1 ვტ/სმ2. დედამიწის ორბიტის რადიუსი არის R3=1,5x108 კმ. მზის რადიუსი RC=6,96x108 მ იპოვეთ მზის ზედაპირის ტემპერატურა.

7. ზაფხულში ატმოსფეროში გამავალი მზის გამოსხივების ინტენსივობა არის დაახლოებით 130 ვტ/მ2. რა მანძილზე უნდა დადგეს 1 კვტ სიმძლავრის ელექტრო გამათბობელიდან, რომ იგრძნოს გამოსხივების იგივე ინტენსივობა. დავუშვათ, რომ ელექტრო გამათბობელი თანაბრად ასხივებს ყველა მიმართულებით.

8. მზე ენერგიას ასხივებს 3.9.1026 ჯ/წმ სიჩქარით. როგორია მზის გამოსხივების ინტენსივობა დედამიწის ზედაპირთან ახლოს? დედამიწიდან მზემდე მანძილი 150 მილიონი კილომეტრია.

9. დაბალი ტემპერატურის ფიზიკაში ფართოდ გამოიყენება მაცივრები: თხევადი ჰელიუმი, რომლის ტემპერატურაა 4,2 K და თხევადი აზოტი, რომლის ტემპერატურაა 77K. რა ტალღის სიგრძეზეა გათვალისწინებული ამ სითხეებით სავსე ღრუების თერმული გამოსხივების მაქსიმალური სიმძლავრე. ელექტრომაგნიტური სპექტრის რომელ რეგიონს მიეკუთვნება ეს გამოსხივებები?

10. როგორია 500 С ტემპერატურაზე გაცხელებული სხეულის თერმული გამოსხივების სიმძლავრე, რომლის გამოსხივება 0,9-ია, გამოსხივების ზედაპირის ფართობი 0,5 მ2?

11. რა სიმძლავრეა ადამიანის სხეულის თერმული გამოსხივება, რომელიც მდებარეობს ნორმალური ტემპერატურა 34 С? სხეულის ფართობია 1,8 მ2.

12. სხეულის თერმული გამოსხივების სიმძლავრე გარკვეულ ტემპერატურაზე არის 12 მვტ. რა იქნება ერთი და იგივე სხეულის გამოსხივების სიმძლავრე, თუ მისი ტემპერატურა გაორმაგდება?

13. სრულიად შავი სხეულის გამოსხივების მაქსიმალური სპექტრული სიმძლავრე მოდის ტალღის სიგრძეზე 25 მიკრონი. შემდეგ სხეულის ტემპერატურა იზრდება ისე, რომ სხეულის მთლიანი გამოსხივების ძალა გაორმაგდება. იპოვეთ: ა) სხეულის ახალი ტემპერატურა; ბ) ტალღის სიგრძე, რომელზეც ეცემა რადიაციის მაქსიმალური სპექტრული სიმკვრივე.

14. 100 ვტ ნათურას აქვს ვოლფრამის ძაფი დიამეტრით 0,42 მმ და სიგრძე 32 სმ. ვოლფრამის ძაფის ეფექტური შთანთქმა არის 0,22. იპოვნეთ ძაფის ტემპერატურა.

15. ჩვენი სამყაროს გარე სივრცე სავსეა დიდი აფეთქების შედეგად დარჩენილი ფონის კოსმოსური გამოსხივებით. ტალღის სიგრძე, რომელზეც ეცემა ამ გამოსხივების მაქსიმალური სპექტრული სიმკვრივე, არის 1,073 მმ. იპოვეთ: ა) ამ გამოსხივების ტემპერატურა; ბ) ამ გამოსხივების ძალა, რომელიც ეცემა დედამიწაზე.

16. დაადგინეთ შორეული ვარსკვლავის რადიუსი შემდეგი მონაცემების მიხედვით: ამ ვარსკვლავის დედამიწამდე მიმავალი გამოსხივების ინტენსივობაა 1,71012 ვ/მ2, მანძილი ვარსკვლავამდე 11 სინათლის წელიწადი, ტემპერატურა ვარსკვლავის ზედაპირი 6600 კ.

17. 2500 K-ზე გაცხელებული 10 სმ2 ზედაპირი 10 წმ-ში გამოყოფს 6700 ჯ-ს რა არის ამ ზედაპირის შთანთქმის კოეფიციენტი?

18. 25 ვტ სიმძლავრის ნათურის სპირალი 0,403 სმ2 ფართობია. ინკანდესენტური ტემპერატურა 2177 K. რა არის ვოლფრამის შთანთქმის კოეფიციენტი ამ ტემპერატურაზე?

19. ვოლფრამის ძაფს აცხელებენ ვაკუუმში 1 ა დენით 1000 კ ტემპერატურამდე რა დენი უნდა გაიაროს ძაფში, რომ მისი ტემპერატურა 3000 კ გახდეს? უგულებელყოთ ენერგიის დანაკარგები თბოგამტარობის და ძაფის ხაზოვანი ზომების ცვლილების გამო.

20. თერმოსტატი მოიხმარს 0,5 კვტ სიმძლავრეს ქსელიდან. მისი შიდა ზედაპირის ტემპერატურა, რომელიც განისაზღვრება 5 სმ დიამეტრის ღია მრგვალი ხვრელიდან გამოსხივებით, არის 700 K. რამდენ ძალას ანაწილებს თერმოსტატის გარე ზედაპირი?

21. ვოლფრამის ძაფი დიამეტრით d1=0,1 მმ სერიულად უკავშირდება სხვა მსგავს ძაფს. ძაფები ვაკუუმში თბება ელექტრული დენით, ისე რომ პირველ ძაფს აქვს ტემპერატურა T1=2000 K, ხოლო მეორეს T2=3000 K. რა არის მეორე ძაფის დიამეტრი?

22. დადებითი რკალის კრატერი შავი სხეულის სახით, დაადგინეთ რადიაციის სიმძლავრის თანაფარდობა ტალღის სიგრძის დიაპაზონში 695 ნმ-დან 705 ნმ-მდე მთლიან გამოსხივების სიმძლავრესთან. რკალის კრატერის ტემპერატურაა 4000 კ.

23. გამოსხივების სიმძლავრე გაზომილი 1=0,5 ნმ ინტერვალში გამოსხივების მაქსიმუმის შესაბამისი MAX ტალღის სიგრძის ტოლია 2 ტალღის სიგრძესთან =2MAX ინტერვალში გამოსხივების სიმძლავრის. განსაზღვრეთ 2 ინტერვალის სიგანე.

24. სრულიად შავი სხეულის ტემპერატურა T არის 2კკ. განსაზღვრეთ: 1) რადიაციული ნაკადის სპექტრული სიმკვრივე r) ტალღის სიგრძეზე =600 ნმ; 2) გამოსხივების სიმძლავრის სიმკვრივე Re ტალღის სიგრძის დიაპაზონში 1=590 ნმ-დან 2=610 ნმ-მდე. დავუშვათ, რომ რადიაციული ნაკადის საშუალო სპექტრული სიმკვრივე ამ ინტერვალში ტოლია ტალღის სიგრძისთვის =600 ნმ.

25. სირიუსის ვარსკვლავის ზედა ფენების T ტემპერატურაა 10000 K. განსაზღვრეთ ენერგიის ნაკადი Ф, რომელიც გამოსხივებულია ამ ვარსკვლავის S = 1 კმ2 ზედაპირის ფართობიდან.

26. მზის ზედა ფენების T ტემპერატურაა 5300 K. თუ მზე აბსოლუტურად შავი სხეულია, დაადგინეთ: ა) ტალღის სიგრძე m, რომელიც შეესაბამება სპექტრული გამოსხივების მაქსიმალურ სიმკვრივეს rMAXfi) ; ბ) rMAX-ის მნიშვნელობა).

27. ვოლფრამის ძაფი თბება ვაკუუმში 1 ა დენით 1000 K ტემპერატურამდე რა დენი უნდა გაიაროს ძაფში, რომ მისი ტემპერატურა გახდეს 3000 K? ვოლფრამის შთანთქმის კოეფიციენტები და მისი წინაღობა, რომლებიც შეესაბამება T1 და T2 ტემპერატურას, არის

28. სხეული, რომლის მასა m=10 გ და ზედაპირი S=200 სმ2, აქვს ტემპერატურა T0=600K, მოთავსებულია ვაკუუმში. დაადგინეთ რა ტემპერატურამდე T გაცივდება სხეული t=30 წმ-ში, თუ სხეულის ზედაპირის შთანთქმის უნარი =0.4 და სპეციფიკური სითბო c = 350J/კგ.კ.

29. იპოვეთ მზის მუდმივი I, ანუ მზის მიერ გამოგზავნილი სხივური ენერგიის რაოდენობა დროის ერთეულზე ერთეული ფართობის გავლით, რომელიც მდებარეობს მზის სხივების პერპენდიკულარულად და მდებარეობს მზიდან იმავე მანძილზე, როგორც დედამიწა. მზის ზედაპირის ტემპერატურა T=5800 K., მანძილი დედამიწიდან მზემდე L=1,51011 მ.

30. დაადგინეთ რამდენი დრო სჭირდება ვაკუუმში მოთავსებულ სპილენძის ბურთულს გაციებას T1=500 K-დან T2=300 K-მდე. ბურთის რადიუსი R=1 სმ, ზედაპირის შთანთქმის უნარი =0.8, სპილენძის სპეციფიკური თბოტევადობა c=0.39. J/g.K, სპილენძის ხვედრითი წონა =8,93 გ/სმ3.

31. შესაძლებელია თუ არა გაზომვა მგრძნობიარე მასშტაბით, რომელიც საშუალებას იძლევა შეამჩნიოს მასის ცვლილება 10-40%-ით, ვოლფრამის ნაწილის (ძალიან ცეცხლგამძლე ლითონის) მასის ზრდა 0-დან გაცხელებისას. 33000C-მდე (საშუალო სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრე შეიძლება ჩაითვალოს C = 120 J / კგ გრადუსი) ? (პასუხი: გაცხელებისას ერთეული მასის შედარებითი მატება იქნება 4.4.10-12, რაც ასჯერ ნაკლებია გაზომვისთვის არსებულ მნიშვნელობაზე).

32. ახსენით, რატომ არის გაუხურებელ ოთახში ყველა სხეულის ტემპერატურა ერთნაირი.

33. შავი სხეულის ენერგიის სიკაშკაშე Re = 10 კვტ/მ2. განსაზღვრეთ ტალღის სიგრძე, რომელიც შეესაბამება ამ სხეულის ენერგიის სიკაშკაშეს მაქსიმალურ სპექტრულ სიმკვრივეს. (პასუხი: 4,47 მიკრონი).

34. დაადგინეთ, როგორ და რამდენჯერ შეიცვლება შავი სხეულის გამოსხივების სიმძლავრე, თუ ტალღის სიგრძე, რომელიც შეესაბამება ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივის მაქსიმუმს, გადაინაცვლებს λ1 = 720 ნმ-დან λ2 = 400 ნმ-მდე. (პასუხი: გაიზრდება 10,5-ჯერ).

35. შავი სხეულის გაცხელების შედეგად ენერგიის სიკაშკაშის მაქსიმალური სპექტრული სიმკვრივის შესაბამისი ტალღის სიგრძე λ1 = 2,7 მიკრონიდან λ2 = 0,9 მიკრონზე გადავიდა. დაადგინეთ რამდენჯერ გაიზარდა: 1) სხეულის ენერგეტიკული სიკაშკაშე; 2) სხეულის ენერგიის სიკაშკაშის მაქსიმალური სპექტრული სიმკვრივე. შავი სხეულის ენერგიის სიკაშკაშის მაქსიმალური სპექტრული სიმკვრივე იზრდება კანონის მიხედვით rλT = CT5, სადაც C = 1.3.10-5 W/(m3.K5). (პასუხი: 1) 81-ჯერ; 2) 243 ჯერ).

36. დაადგინეთ რომელი ტალღის სიგრძე შეესაბამება ენერგიის სიკაშკაშის მაქსიმალურ სპექტრულ სიმკვრივეს (rλT)max, ტოლია 1.3.1011 (ვ/მ2)/მ (იხ. ამოცანა 5.12). (პასუხი: 1,83 მკმ).

37. თუ ვივარაუდებთ, რომ სითბოს დანაკარგები გამოწვეულია მხოლოდ რადიაციის გამო, დაადგინეთ, რამდენი სიმძლავრე უნდა მიეწოდოს სპილენძის ბურთულას დიამეტრით d \u003d 2 სმ, ისე რომ ტემპერატურაზე გარემო t0 = -13 °C რომ შეინარჩუნოს მისი ტემპერატურა t = 17 °C ტოლი. აიღეთ სპილენძის შთანთქმის უნარი AT = 0.6. (პასუხი: 0,107 W).

38. გამოთვალეთ ცხელი ვოლფრამის ლენტის ნამდვილი ტემპერატურა T, თუ გამოსხივების პირომეტრი აჩვენებს ტრად = 2,5 კკ ტემპერატურას. დავუშვათ, რომ ვოლფრამის შთანთქმის უნარი არ არის დამოკიდებული გამოსხივების სიხშირეზე და უდრის a=0,35.

39. გამოთვალეთ t=1 წთ დროს გამოსხივებული ენერგია სრულიად შავი სხეულის S=l სმ2 ფართობიდან, რომლის ტემპერატურაა T=1000 K.

40. შავ სხეულს აქვს ტემპერატურა T1 = 500 K. როგორი იქნება სხეულის T2 ტემპერატურა, თუ გახურების შედეგად გამოსხივების ნაკადი გაიზრდება n = 5-ჯერ?

41. ტალღის სიგრძე, რომელიც ითვალისწინებს მთლიანად შავი სხეულის მაქსიმალურ გამოსხივების ენერგიას, m=0,6 მიკრონი. განსაზღვრეთ სხეულის T ტემპერატურა.

42. სრულიად შავი სხეულის ტემპერატურა T \u003d 2 კკ. განსაზღვრეთ ტალღის სიგრძე m, რომელიც ითვალისწინებს გამოსხივების მაქსიმალურ ენერგიას, და ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივე (r,T)max ამ ტალღის სიგრძისთვის.

43. განსაზღვრეთ ენერგიის სიკაშკაშის მაქსიმალური სპექტრული სიმკვრივე (r, T)max, გამოთვლილი 1 ნმ-ზე შავი სხეულის გამოსხივების სპექტრში. სხეულის ტემპერატურა T=1 K.

44. განვსაზღვროთ სრულიად შავი სხეულის ტემპერატურა T და ენერგიის სიკაშკაშე Re, თუ მაქსიმალური გამოსხივების ენერგია მოდის ტალღის სიგრძეზე m = 600 ნმ.

45. ღუმელის სანახავი ფანჯრიდან გამოიყოფა ნაკადი Fe = 4 კჯ/წთ. განსაზღვრეთ ღუმელის T ტემპერატურა, თუ ფანჯრის ფართობია S=8 სმ2.

46. ​​სრულიად შავი სხეულის რადიაციული ნაკადი Fe \u003d 10 კვტ. მაქსიმალური გამოსხივების ენერგია მოდის ტალღის სიგრძეზე m=0.8 μm. განსაზღვრეთ სხივური ზედაპირის ფართობი S.

47. როგორ და რამდენჯერ შეიცვლება მთლიანად შავი სხეულის რადიაციული ნაკადი, თუ მაქსიმალური გამოსხივების ენერგია ხილული სპექტრის წითელი საზღვრიდან (m1=780 ნმ) იისფერში (m2=390 ნმ) გადავა?

48. განსაზღვრეთ ნაცრისფერი სხეულის a შთანთქმის უნარი, რომლისთვისაც გამოსხივების პირომეტრით გაზომილი ტემპერატურაა Trad = 1,4 კკ, ხოლო სხეულის ნამდვილი ტემპერატურა T 3,2 კკ.

49. მაყუჩის ღუმელს, რომელიც მოიხმარს ენერგიას ^ P \u003d 1 კვტ, აქვს გახსნა S \u003d 100 სმ2 ფართობით. განსაზღვრეთ ღუმელის კედლებით გაფანტული სიმძლავრის  ფრაქცია, თუ მისი შიდა ზედაპირის ტემპერატურაა 1 კკ.

50. დედამიწის ზედაპირის საშუალო ენერგიის სიკაშკაშე ^ R არის 0,54 ჯ / (სმ2 წთ). როგორი უნდა იყოს დედამიწის ზედაპირის T ტემპერატურა, თუ პირობითად ვივარაუდებთ, რომ ის ასხივებს ნაცრისფერ სხეულს სიშავის კოეფიციენტით a = 0,25?

51. აბსოლუტურად შავ სხეულს აქვს ტემპერატურა 500 კ. როგორი იქნება სხეულის ტემპერატურა, თუ გახურების შედეგად გამოსხივების ნაკადი 5-ჯერ გაიზარდა? პლანკის ფორმულაზე დაყრდნობით, გრაფიკულად გამოსახეთ საწყისი და საბოლოო რადიაციის სპექტრები.

52. სრულიად შავი სხეულის ტემპერატურაა 2000 კ. დაადგინეთ ტალღის სიგრძე, რომელზედაც მოდის მაქსიმალური გამოსხივების ენერგიის სპექტრი და ამ ტალღის სიგრძის ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივე.

53. დაადგინეთ სრულიად შავი სხეულის ტემპერატურა და ენერგიის სიკაშკაშე, თუ გამოსხივების სპექტრის მაქსიმალური ენერგია ეცემა 600 ნმ ტალღის სიგრძეზე.

54. ღუმელის სანახავი ფანჯრიდან გამოიყოფა ნაკადი 4 კჯ/წთ. განსაზღვრეთ ღუმელის ტემპერატურა, თუ ფანჯრის ფართობია 8 სმ2.

55. სრულიად შავი სხეულის რადიაციული ნაკადი არის 10 კვტ, ხოლო გამოსხივების სპექტრის მაქსიმუმი მოდის ტალღის სიგრძეზე 0,8 მიკრონი. განსაზღვრეთ გამოსხივების ზედაპირის ფართობი.

56. როგორ და რამდენჯერ შეიცვლება სრულიად შავი სხეულის რადიაციული ნაკადი, თუ ხილული რადიაციული სპექტრის მაქსიმუმი სპექტრის წითელი კიდიდან 780 ნმ-ზე გადავა იისფერში 390 ნმ?

57. დაადგინეთ მზის გამოსხივების ინტენსივობა (რადიაციული ნაკადის სიმკვრივე) დედამიწის მახლობლად მისი ატმოსფეროს გარეთ, თუ მზის სპექტრში ენერგიის სიკაშკაშის მაქსიმალური სპექტრული სიმკვრივე ეცემა ტალღის სიგრძეზე 0,5 მიკრონი.

58. გამოთვალეთ დღეში გამოსხივებული ენერგია (კვტ.სთ) გამათბობლის 0,5 მ2 ფართობიდან, რომლის ტემპერატურაა 700C. ჩათვალეთ, რომ გამათბობელი ასხივებს ნაცრისფერ სხეულს, შთანთქმის კოეფიციენტით 0,3.

59. დედამიწის ზედაპირის საშუალო ენერგიის სიკაშკაშე არის 0,54 ჯ / (სმ2წთ). რა არის დედამიწის ზედაპირის საშუალო ტემპერატურა, თუ ვივარაუდებთ, რომ ის ასხივებს ნაცრისფერ სხეულს, შთანთქმის კოეფიციენტით 0,25?

60. 1 კვტ სიმძლავრის ღუმელს აქვს ღიობი 100 სმ2 ფართობით. განსაზღვრეთ ღუმელის კედლების მიერ გამოყოფილი სიმძლავრის წილი, თუ მისი შიდა ზედაპირის ტემპერატურაა 1000 კ.

61. როდესაც მთლიანად შავი სხეული გაცივდება, მისი ემისიის სპექტრის მაქსიმუმი გადაინაცვლებს 500 ნმ. რამდენი გრადუსით გაცივდა სხეული? სხეულის საწყისი ტემპერატურაა 2000 კ.

62. 10 სმ დიამეტრის ბურთის სახით აბსოლუტურად შავი სხეული გამოყოფს 15 კკალ/წთ. იპოვნეთ ბურთის ტემპერატურა.

63. აბსოლუტურად შავ სხეულს აქვს პატარა ნახვრეტიანი ღრუს ფორმა, რომლის დიამეტრი არის 1 სმ, სხეულის გაცხელებას ახორციელებს ელექტრო სპირალი, რომელიც მოიხმარს 0,1 კვტ სიმძლავრეს. განსაზღვრეთ ხვრელიდან გამომავალი გამოსხივების წონასწორული ტემპერატურის მნიშვნელობა, თუ ღრუს კედლები ფანტავს სიმძლავრის 10%-ს.

64. რა მასას კარგავს მზე რადიაციისთვის 1 წამში? ასევე გამოთვალეთ დრო, რომლის დროსაც მზის მასა შემცირდება 1%-ით.

65. დაადგინეთ რა ტემპერატურაზე გაცივდება 10 სმ დიამეტრის ბურთი აბსოლუტურად შავი ზედაპირით 5 საათის შემდეგ რადიაციის გამო, თუ მისი საწყისი ტემპერატურაა 300 კ. ბურთი მასალის სიმკვრივეა 104 კგ/მ3, სითბო. სიმძლავრე არის 0,1 კალ / (გრ გრადუსი). უგულებელყოთ გარემოს რადიაცია.

66. გამოთვალეთ კოსმოსური სადგურის გამოსხივებული თბოელექტროენერგია, რომლის ზედაპირის ფართობია 120 მ2, ტემპერატურა - (- 500C), შთანთქმის კოეფიციენტი - 0,3. უგულებელყოთ გარემოს რადიაცია.

67. რა სიმძლავრე გამოსხივდება ფანჯრიდან, თუ ოთახში ტემპერატურაა 200C, ხოლო გარე ტემპერატურა 00C? ფანჯრის შთანთქმის კოეფიციენტი ითვლება 0,2-ის ტოლად, ხოლო მისი ფართობი 2 მ2.

68. განსაზღვრეთ ელექტრო ნათურის ვოლფრამის ძაფის ინკანდესენტისთვის საჭირო სიმძლავრე 10 სმ სიგრძით და ძაფის დიამეტრით 1 მმ 3000 კ ტემპერატურამდე. იგნორირება გაუკეთეთ სითბოს დანაკარგებს თბოგამტარობის და კონვექციის გამო.

69. ვოლფრამის ძაფი თბება ვაკუუმში 1,0 ა დენით 1000 კ ტემპერატურამდე რა დენის სიძლიერით გაცხელდება ძაფი 3000 კ ტემპერატურამდე? შესაბამისი შთანთქმის კოეფიციენტებია 0,115 და 0,334, ხოლო ტემპერატურული წინააღმდეგობის კოეფიციენტი ვარაუდობენ 4,103 Ohm m/deg.

70. რა ტემპერატურამდე თბება პატარა სფერული ლითონის მეტეორიტი მზის სინათლისგან დედამიწის მახლობლად მდებარე კოსმოსში?

71. ორი სხვადასხვა დიამეტრის და ერთი და იმავე მასალისგან დამზადებული ბურთულები თბება ერთსა და იმავე ტემპერატურაზე, ისე რომ მათი ემისიის სპექტრის ნაწილი ხილულ დიაპაზონშია. ბურთები დამკვირვებლისგან იმავე მანძილზეა. რომელი ბურთი (დიდი თუ პატარა) უფრო კარგად ჩანს და რატომ?

72. თუ ჩახედავთ ღრუს შიგნით, რომლის კედლების ტემპერატურა მუდმივია, მაშინ შიგ დეტალები არ ჩანს. რატომ?

73. Betelgeuse - ვარსკვლავი ორიონის თანავარსკვლავედში - აქვს ზედაპირის ტემპერატურა მზის ქვემოთ. თუმცა, ეს ვარსკვლავი გაცილებით მეტ ენერგიას ასხივებს კოსმოსში, ვიდრე მზე. ახსენი როგორ შეიძლება იყოს.

74. 100 ვტ სიმძლავრის ნათურა გამოყოფს ენერგიის მხოლოდ რამდენიმე პროცენტს ხილულ დიაპაზონში. სად მიდის დანარჩენი ენერგია? როგორ შეიძლება გაიზარდოს რადიაციის ენერგია ხილულ დიაპაზონში?

75. ნებისმიერი სხეული, რომლის აბსოლუტური ტემპერატურა ნულის ტოლი არ არის, ასხივებს ენერგიას, თუმცა, სიბნელეში ყველა სხეული არ ჩანს. რატომ?

76. ემორჩილება თუ არა ყველა ცხელი სხეული კანონს: სადაც k კოეფიციენტი დამოკიდებულია სხეულის მასალაზე და მის ტემპერატურაზე?

77. ადამიანის სხეულის თერმული გამოსხივების სიმძლავრე არის დაახლოებით 1 კვტ. მაშინ რატომ არ ჩანს ადამიანი სიბნელეში?

78. ორ იდენტურ სხეულს აქვს იგივე ტემპერატურა, მაგრამ მათგან ერთს აკრავს უფრო ცივი სხეულები, ვიდრე მეორე. თანაბარი იქნება ამ სხეულების რადიაციული ძალა ამ პირობებში?

79. რატომ იცვლება სხეულის ფერი გაცხელებისას?

80. როგორ შეიცვლება აბსოლუტურად შავი სხეულის მაქსიმალური ემისიურობის შესაბამისი ტალღის სიგრძე, თუ ამ სხეულს აკრავს აბსოლუტურად შთამნთქმელი გარსი სხეულის ზედაპირზე უფრო დიდი ზედაპირით, მაგრამ ასხივებს იმავე ძალას, როგორც სხეული?

81. სრულიად შავი სხეულის ტემპერატურა გაორმაგდა. რამდენჯერ გაიზარდა მისი ენერგეტიკული სიკაშკაშე?

82. რატომ გვეჩვენება დღისით სახლების გაუნათებელი ფანჯრები, თუმცა სახლების ოთახებში სინათლეა?

83. რამდენჯერ შეიცვლება სრულიად შავი სხეულის ენერგეტიკული სიკაშკაშე თუ მისი ტემპერატურა გაორმაგდება?

84. რამდენჯერ შეიცვლება მთლიანად შავი სხეულის რადიაციული ძალა, თუ მისი ზედაპირის ფართობი გაორმაგდება?

85. ტალღის სიგრძე, რომელიც ითვალისწინებს სრულიად შავი სხეულის მაქსიმალურ ემისიურობას, განახევრდა. როგორ შეიცვლება ამ შემთხვევაში გამოსხივების ტალღის სიგრძეზე გამოსხივების დამოკიდებულების აღმწერი მრუდით შემოსაზღვრული ფართობი? ეს ტერიტორია: ა) შემცირდება? ბ) გაზრდა? Რამდენჯერ?

86. როგორ შეიცვლება აბსოლუტურად შავი სხეულის რადიაციული ენერგიის ჯამური რაოდენობა, თუ მისი ნახევარი ორჯერ გაცივდება, ხოლო მეორე ნახევრის ტემპერატურა ორჯერ შემცირდება?

87. შავი სხეული თბება T = 1000 K ტემპერატურამდე რა ტალღის სიგრძეზეა გამოსხივების სიმძლავრე მაქსიმალური?

88. შავი სხეული თბება T = 1000 K ტემპერატურამდე რა სიხშირეზეა გამოსხივების სიმძლავრე მაქსიმალური?

89. ბურთი R = 1 სმ რადიუსით თბება T = 1000 K ტემპერატურამდე ბურთის გამოსხივების შავი ფერის გათვალისწინებით განსაზღვრეთ ამ ბურთის მიერ სივრცეში გამოსხივებული ჯამური სიმძლავრე.

90. თხელი დისკი R = 1 სმ რადიუსით თბება T = 1000 K ტემპერატურამდე, თუ დისკის გამოსხივება შავია, განვსაზღვროთ ამ დისკის მიერ სივრცეში გამოსხივებული ჯამური სიმძლავრე.

91. ბურთი, რომლის რადიუსია R = 1 სმ, თბება T = 1000 K ტემპერატურამდე. თუ დავუშვებთ, რომ ბურთის გამოსხივება შავია, განსაზღვრეთ რა ძალას შთანთქავს იგივე ბურთი, რომელიც მდებარეობს l = 10 მ მანძილზე. გახურებულიდან.

92. თხელი დისკი R = 1 სმ რადიუსით თბება T = 1000 K ტემპერატურამდე. დისკის რადიაციის შავი ფერის გათვალისწინებით, დაადგინეთ რამდენ ძალას შთანთქავს იგივე დისკი, რომელიც მდებარეობს l = მანძილზე. გახურებულიდან 10 მ დაშორებით ისე, რომ მათი ღერძები ემთხვეოდეს და სიბრტყეები იყოს პარალელური.

93. მზესა და დედამიწას აბსოლუტურად შავ სხეულებად რომ მივიჩნიოთ, დაადგინეთ, რა ტემპერატურამდე გაცხელდება დედამიწა მზის შუქის გავლენით. მზის ზედაპირის ტემპერატურა ითვლება Т=6000 K, მანძილი მზიდან დედამიწამდე L=1,51011 მ, მზის რადიუსი RC= 7108მ. დედამიწის რადიუსი RЗ=6,4106 მ.დედამიწის ატმოსფეროს გავლენის უგულებელყოფა.

94. ატმოსფეროს ზედა ფენებში მზის გამოსხივების ინტენსივობაა 1,37103 ვ/მ2. ატმოსფეროს გავლენის უგულებელყოფით და იმის ვარაუდით, რომ დედამიწა ასხივებს მთლიანად შავ სხეულს, განსაზღვრავს ტემპერატურას, რომლითაც დედამიწა გაცხელდება მზის გამოსხივების მოქმედებით.

95. 1983 წელს თანამგზავრზე დამაგრებულმა ინფრაწითელმა ტელესკოპმა აღმოაჩინა მყარი ნაწილაკების ღრუბელი ვარსკვლავი ვეგას გარშემო, რომლის მაქსიმალური გამოსხივების სიმძლავრე ტალღის სიგრძეზე 32 მიკრონი იყო. ღრუბლის რადიაციის შავი ფერის გათვალისწინებით, განსაზღვრეთ მისი ტემპერატურა.

96. გამოთვალეთ ტალღის სიგრძე, რომელიც ითვალისწინებს გამოსხივების მაქსიმალურ სიმძლავრეს და განსაზღვრეთ ელექტრომაგნიტური სპექტრის რეგიონი: ა) ფონური კოსმოსური გამოსხივებისთვის, რომლის ტემპერატურაა 2,7 K; ბ) ადამიანის სხეული 34 С ტემპერატურით; გ) ელექტრო ნათურა, რომლის ვოლფრამის ძაფი თბება 1800K-მდე; დ) მზე, რომლის ზედაპირის ტემპერატურაა 5800 K; ე) თერმობირთვული აფეთქება, რომელიც ხდება 107K ტემპერატურაზე; ვ) სამყარო დიდი აფეთქების შემდეგ დაუყოვნებლივ 1038 კ ტემპერატურაზე.

97. რა სიხშირეზე უნდა იყოს დაყენებული რადიოტელესკოპის მიმღები წრე, რათა აღმოაჩინოს ფონური კოსმოსური გამოსხივება, რომლის ტემპერატურაა 2,7K?

98. ღრუში, რომლის კედლები თბება 1900K ტემპერატურამდე, გაბურღულია 1მმ დიამეტრის პატარა ხვრელი. როგორი იქნება რადიაციული ენერგიის ნაკადი ამ ხვრელში?

99. ნათურაში ვოლფრამის ძაფის ტემპერატურა ჩვეულებრივ არის დაახლოებით 3200 კ. თუ ვივარაუდებთ, რომ ძაფი ასხივებს აბსოლუტურად შავ სხეულს, განსაზღვრეთ სიხშირე, რომელზედაც ეცემა გამოსხივების მაქსიმალური სპექტრული სიმძლავრე.

100. ნათურაში ვოლფრამის ძაფის ტემპერატურა ჩვეულებრივ არის დაახლოებით 3200 K. თუ ვივარაუდებთ, რომ ძაფი ასხივებს მთლიანად შავ სხეულს, განსაზღვრეთ ნათურის გამოსხივების სიმძლავრე. ვოლფრამის ძაფის დიამეტრი 0,08 მმ, სიგრძე 5 სმ.

101. ღუმელი, რომლის შიგნით ტემპერატურაა 215 С, განთავსებულია ოთახში, რომელშიც შენარჩუნებულია მუდმივი ტემპერატურა 26,2 С. ღუმელში გაკეთდა პატარა ხვრელი 5,2 სმ2 ფართობით. რა არის ამ ხვრელიდან გამოსხივების სიმძლავრე?

102. 100 ვტ სიმძლავრის ნათურის სპირალი არის ვოლფრამის ძაფი, რომლის დიამეტრი 0,28 მმ და სიგრძე 1,8 მ. სპირალის რადიაციის შავი ფერის გათვალისწინებით გამოთვალეთ: ა) ძაფის სამუშაო ტემპერატურა; ბ) დრო, რომლის შემდეგაც ნათურის გამორთვის შემდეგ ძაფი გაცივდება 500 С-მდე. ვოლფრამის ხვედრითი წონაა 19,3 გ/სმ3, თბოტევადობა 0,134 ჯ/გ С.

103. სრულიად შავი სხეულის გამოსხივების სპექტრული სიმკვრივე 400 ნმ ტალღის სიგრძეზე 3,5-ჯერ მეტია, ვიდრე 200 ნმ ტალღის სიგრძეზე. განსაზღვრეთ სხეულის ტემპერატურა.

104. სრულიად შავი სხეულის გამოსხივების სპექტრული სიმკვრივე 400 ნმ ტალღის სიგრძეზე 3,5-ჯერ ნაკლებია 200 ნმ ტალღის სიგრძეზე. განსაზღვრეთ სხეულის ტემპერატურა.

105. სრულიად შავი სხეულის რადიაციული სიმძლავრე P = 100 კვტ. რა არის სხეულის სხივური ზედაპირის ფართობი, თუ ტალღის სიგრძე, რომელზედაც ეცემა რადიაციის მაქსიმუმი, არის 700 ნმ?

106. სხეულის ტემპერატურის ცვლილების გამო მისი სპექტრული ენერგიის სიკაშკაშის მაქსიმუმი =2,5 მიკრონი ტალღის სიგრძიდან =0,125 მიკრონი გადავიდა. თუ დავუშვებთ, რომ სხეული აბსოლუტურად შავია, დაადგინეთ რამდენჯერ შეიცვალა: ა) სხეულის ტემპერატურა; ბ) სპექტრული ენერგიის სიკაშკაშის მაქსიმალური მნიშვნელობა; გ) ინტეგრირებული ენერგიის სიკაშკაშე.

107. აბსოლუტურად შავი სხეულის მაქსიმალური სპექტრული ენერგიის სიკაშკაშე (]max=4,16х1011 W/m2). რა ტალღის სიგრძეა?

108. გამოთვალეთ 500 ნმ ტალღის სიგრძეზე 3000 K-მდე გაცხელებული შავი სხეულის სპექტრული ენერგიის სიკაშკაშე.

109. დაადგინეთ შავი სხეულის გამოსხივების სპექტრული ძალების მნიშვნელობები შემდეგი ტალღების სიგრძეებისთვის: =MAX, =0,75MAX, =0,5MAX, =0,25. სხეულის ტემპერატურა 3000 კ.

110. R = 10 სმ რადიუსის მქონე ბურთის გამოსხივების სიმძლავრე P გარკვეულ მუდმივ ტემპერატურაზე T უდრის 1 კვტ. იპოვეთ ეს ტემპერატურა, ბურთის გათვალისწინება, როგორც ნაცრისფერი სხეული შთანთქმის კოეფიციენტით =0,25.

111. არსებობს თერმული გამოსხივების ორი აბსოლუტურად შავი წყარო. ერთი მათგანის ტემპერატურაა T1=2500 K. იპოვეთ მეორე წყაროს ტემპერატურა, თუ ტალღის სიგრძე, რომელიც შეესაბამება მისი ემისიურობის მაქსიმუმს =0,50 μm მეტია პირველი წყაროს გამოსხივების მაქსიმუმის შესაბამისი ტალღის სიგრძეზე. .

112. რამდენ ენერგიას ასხივებს მზე 1 წუთში? მზის გამოსხივება მიჩნეულია მთლიანად შავი სხეულის გამოსხივებასთან ახლოს. მზის ზედაპირის ტემპერატურა აღებულია 58000 K-ის ტოლი. მზის რადიუსი არის Rc=7,108 მ.

113. აბსოლუტურად შავი სხეული T1=29000K ტემპერატურაზეა. ამ სხეულის გაგრილების შედეგად ტალღის სიგრძე, რომელიც ითვალისწინებს ენერგიის სიკაშკაშის მაქსიმალურ სპექტრულ სიმკვრივეს, შეიცვალა =9 μm. რა ტემპერატურამდე გაცივდა სხეული T2?

114. ბურთის სახით თანამგზავრი დედამიწის გარშემო ისეთ სიმაღლეზე მოძრაობს, რომ მზის სინათლის შთანთქმის უგულებელყოფა შეიძლება. თანამგზავრის დიამეტრი არის d=40 მ, თუ ვივარაუდებთ, რომ თანამგზავრის ზედაპირი მთლიანად ირეკლავს სინათლეს, განვსაზღვროთ მზის სინათლის წნევის F ძალა თანამგზავრზე. მზის რადიუსი Rc=7108მ. მანძილი დედამიწიდან მზემდე არის L=1.5.1011მ. მზის ზედაპირის ტემპერატურა T=60000K.

115. აბსოლუტურად შავი სხეულის ტემპერატურის მატებასთან ერთად, მისი ინტეგრალური ენერგიის სიკაშკაშე 5-ჯერ გაიზარდა. რამდენჯერ შეიცვალა ტალღის სიგრძე, რაც ითვალისწინებს რადიაციის მაქსიმალურ სპექტრულ სიმკვრივეს?

116. სრულიად შავი სხეულის რადიაციული სიმძლავრე 34 კვტ. იპოვეთ ამ სხეულის ტემპერატურა, თუ ცნობილია, რომ მისი ზედაპირი 0,6 მ2-ია.

117. იპოვეთ რამდენ ენერგიას გამოყოფს აბსოლუტურად შავი სხეული 10 სმ2 ზედაპირიდან 1 წუთში, თუ ცნობილია, რომ მისი ენერგიის სიკაშკაშის მაქსიმალური სპექტრული სიმკვრივე მოდის ტალღის სიგრძეზე 4840 ა.

118. იპოვეთ ღუმელის ტემპერატურა, თუ ცნობილია, რომ მასში არსებული 6,1 სმ2 ზომის ნახვრეტიდან 1 წუთში 50 ჯ გამოსხივება. განვიხილოთ გამოსხივება სრულიად შავი სხეულის გამოსხივებასთან ახლოს.

119. დაადგინეთ T ტემპერატურა, რომლის დროსაც სრულიად შავი სხეულის ენერგეტიკული სიკაშკაშე R არის 10 კვტ/მ2.

120. მზის გამოსხივება მის სპექტრულ შემადგენლობაში უახლოვდება აბსოლუტურად შავი სხეულის გამოსხივებას, რომლის მაქსიმალური ემისიურობა მოდის ტალღის სიგრძეზე 0,48 მიკრონი. იპოვნეთ მზის ზედაპირის ტემპერატურა.

121. დაადგინეთ სრულიად შავი სხეულის რადიაციული სიმძლავრის ფარდობითი ზრდა R/R მისი ტემპერატურის 1%-ით ზრდით.

122. განვსაზღვროთ W ენერგია გამოსხივებული დროთა განმავლობაში t=1 წთ სანახავი ფანჯრიდან დნობის ღუმელის S=8 სმ2 ფართობით, თუ მისი ტემპერატურაა T=1200K.

123. დაადგინეთ სრულიად შავი სხეულის ტემპერატურა T, რომლის დროსაც გამოსხივების მაქსიმალური სპექტრული სიმკვრივეა rMAX); ეცემა ხილული სპექტრის წითელ საზღვარზე (1=750 ნმ).

124. დედამიწის ზედაპირის 1 სმ2-დან 1 წუთის განმავლობაში გამოსხივების შედეგად დაკარგული ენერგიის საშუალო მნიშვნელობა არის 5,4x10-8 ჯ. რა ტემპერატურა უნდა ჰქონდეს აბსოლუტურად შავ სხეულს, რომელიც ასხივებს იმავე რაოდენობის ენერგიას?

125. 15 ვტ ნათურის თმის ტემპერატურა, რომელიც იკვებება ალტერნატიული დენით, მერყეობს ისე, რომ სხვაობა ვოლფრამის ძაფის უმაღლეს და დაბალ ინკანდესენტურ ტემპერატურას შორის არის 80 ° C. რამდენჯერ იცვლება მთლიანი გამოსხივების სიმძლავრე ტემპერატურის გამო. რყევები, თუ მისი საშუალო მნიშვნელობა არის 2300K? აღიარეთ, რომ ვოლფრამი ასხივებს შავ სხეულს.

126. მაყუჩის ღუმელი მოიხმარს სიმძლავრეს P = 0,5 კვტ. მისი შიდა ზედაპირის ტემპერატურა ღია ნახვრეტით d = 5 სმ დიამეტრით არის 700 C. ენერგიის მოხმარების რა ნაწილს იშლება კედლები?

127. რადიომილების მუშაობისას ანოდი თბება მისი ელექტრონებით დაბომბვის გამო. თუ ვივარაუდებთ, რომ ანოდი ენერგიას ფანტავს მხოლოდ გამოსხივების სახით, განსაზღვრეთ დასაშვები ანოდის დენი ნათურაში, რომელიც მუშაობს 40 ვ ძაბვაზე. ნიკელის ანოდს აქვს ცილინდრის ფორმა 4 სმ სიგრძისა და 1 სმ დიამეტრის დასაშვები ტემპერატურა. რომელზედაც შესაძლებელია ანოდის გაცხელება არის 1000K. ამ ტემპერატურაზე ნიკელი ასხივებს შავი სხეულის რადიაციული სიმძლავრის მხოლოდ 20%-ს.

128. 2 მ2 ფართობის ბადე გარშემორტყმულია რკინის კედლებით. ქვანახშირის ტემპერატურა ღვეზე არის 1300K, კედლების ტემპერატურა 600K. ქვანახშირისა და დაჟანგული რკინის შთანთქმის კოეფიციენტები შეიძლება ჩაითვალოს 0,9-ის ტოლი. გამოთვალეთ რადიაციის მიერ გადატანილი სითბოს რაოდენობა ღერძიდან კედლებზე 1 საათში.

129. შიგნით მზის სისტემამზიდან იმავე მანძილზე, როგორც დედამიწა, არის სფერული ფორმის ნაწილაკი. თუ ვივარაუდებთ, რომ მზე ასხივებს აბსოლუტურად შავ სხეულს, რომლის ტემპერატურაა 6000K და რომ ნაწილაკების ტემპერატურა ყველა წერტილში ერთნაირია, განსაზღვრეთ მისი ტემპერატურა, თუ ნაწილაკს აქვს ნაცრისფერი სხეულის თვისებები. მანძილი მზიდან დედამიწამდე L=1,51011 მ.მზის რადიუსი RC= 7108 მ.

130. მზის სისტემის შიგნით, მზიდან იმავე მანძილზე, როგორც დედამიწა, არის სფერული ნაწილაკი. თუ ვივარაუდებთ, რომ მზე ასხივებს აბსოლუტურად შავ სხეულს 6000 K ტემპერატურით და რომ ნაწილაკების ტემპერატურა მის ყველა წერტილში ერთნაირია, განსაზღვრეთ მისი ტემპერატურა, თუ ნაწილაკი შთანთქავს და ასხივებს მხოლოდ 500 ნმ ტალღის სიგრძის სხივებს. მანძილი მზიდან დედამიწამდე არის L=1,51011 მ.

131. მზის სისტემის შიგნით, მზიდან იმავე მანძილზე, როგორც დედამიწა, არის სფერული ნაწილაკი. ვივარაუდოთ, რომ მზე ასხივებს აბსოლუტურად შავ სხეულს 6000 K ტემპერატურით და რომ ნაწილაკების ტემპერატურა მის ყველა წერტილში ერთნაირია, განსაზღვრეთ მისი ტემპერატურა, თუ ნაწილაკი შთანთქავს და ასხივებს მხოლოდ 5 მკმ ტალღის სიგრძის სხივებს. მანძილი მზიდან დედამიწამდე არის L=1,51011 მ.

132. აფელიონის გავლისას, დედამიწა მზიდან 3,3%-ით შორს არის, ვიდრე პერიჰელიონის გავლისას. დედამიწის ნაცრისფერ სხეულად 288 K საშუალო ტემპერატურით, დაადგინეთ ტემპერატურის სხვაობა, რომელიც დედამიწას აქვს აფელიონსა და პერიჰელიონში.

133. ნათურაში ვოლფრამის ძაფი d = 0,05 სმ დიამეტრით თბება მუშაობისას T1 = 2700 K ტემპერატურამდე დენის გამორთვიდან რამდენ ხანში დაეცემა ძაფის ტემპერატურა T2 = 600-მდე. K? გაანგარიშებისას დავუშვათ, რომ ძაფი ასხივებს ნაცრისფერ სხეულს, შთანთქმის კოეფიციენტით 0,3. ვოლფრამის ხვედრითი წონა არის 19,3 გ/სმ3, ხოლო სითბოს სიმძლავრე 0,134 ჯ/გ C.

134. ელექტრული ნათურა, რომელიც მოიხმარს 25 ვტ სიმძლავრეს, ჩასმულია ქაღალდის აბაჟურში, რომელსაც აქვს ბურთის ფორმა R \u003d 15 სმ რადიუსით. რა ტემპერატურამდე გაცხელდება აბაჟური? ჩათვალეთ, რომ ნათურის მიერ მოხმარებული მთელი სიმძლავრე მიდის რადიაციაზე და აბაჟური ასხივებს ნაცრისფერ სხეულს.

135. ელექტრული ნათურა, რომელიც მოიხმარს 100 ვატ სიმძლავრეს, ჩასმულია ქაღალდის აბაჟურში, რადიუსის მქონე ბურთის ფორმის. რა მინიმალური რადიუსი უნდა იყოს აბაჟურმა, რომ ქაღალდი არ დაიწვას? ჩათვალეთ, რომ ნათურის მიერ მოხმარებული მთელი სიმძლავრე მიდის რადიაციაზე და აბაჟური ასხივებს ნაცრისფერ სხეულს. ქაღალდის აალების ტემპერატურაა 250°C.

136. დაადგინეთ აბსოლუტურად შავი სხეულის ზედაპირის 1 სმ2-ის გამოსხივების სიმძლავრე მაქსიმალური გამოსხივების შესაბამისი ტალღის სიგრძისგან განსხვავებული ტალღის სიგრძისგან 1%-ით. სხეულის ტემპერატურა 2000K.

137. განვსაზღვროთ მთლიანად შავი სხეულის ზედაპირის 1 სმ2 გამოსხივების სიმძლავრის თანაფარდობა ტალღის სიგრძის დიაპაზონში 695 მიკრონიდან 705 მიკრონიდან (წითელი ფართობი) და 395 მიკრონიდან 405 მიკრონიმდე (განყოფილება მეწამული). სხეულის ტემპერატურა 4000K.

138. მზის სხივები დ = 3 სმ დიამეტრის ლინზის საშუალებით გროვდება ღრუს პატარა ნახვრეტზე, რომლის კედლები შიგნიდან გაშავებულია, გარეთ კი ბზინავს. ღრუს გახსნა ლინზის ფოკუსშია. განსაზღვრეთ ტემპერატურა ღრუს შიგნით. დავუშვათ, რომ მზის რადიაციის ინტენსივობა ატმოსფეროში გადის დაახლოებით 130 W/m2

139. არსებობს ორი შავი ემიტერი T1=1000K და T2=500K ტემპერატურით. რის ტოლია: ა) ტალღის სიგრძის თანაფარდობა max,1 / max,2, რომელიც ითვალისწინებს მაქსიმუმს ემისიის სპექტრში; ბ) ორი სხეულის მაქსიმალური ემისიურობის თანაფარდობა rmax1,T1)/rmax2,T2). აჩვენეთ ერთ გრაფიკზე ხარისხობრივი დამოკიდებულება r,T ორი ემიტერისთვის.

140. აბსოლუტურად შავი სხეულის თერმოდინამიკური ტემპერატურის T ზრდით 2-ჯერ, ტალღის სიგრძე m, რომელიც ითვალისწინებს გასხივოსნების მაქსიმალურ სპექტრულ სიმკვრივეს, იცვლება =400 ნმ. განსაზღვრეთ საწყისი და საბოლოო ტემპერატურა T1 და T2.

141. მანძილი მზესა და პლანეტებს ვენერასა და დედამიწას შორის, შესაბამისად, არის RВ=1,1х108 კმ, RЗ=1,5х108 კმ. იმის გათვალისწინებით, რომ დედამიწა და ვენერა აბსოლუტურად შავი სხეულებია, ატმოსფეროს გარეშე, დაადგინეთ, რა ტემპერატურაზე გაცხელდება ვენერა მზის ზემოქმედების ქვეშ, თუ დედამიწა გაცხელდება 20°C-მდე.

142. მზის გამოსხივება მის სპექტრულ შემადგენლობაში უახლოვდება აბსოლუტურად შავი სხეულის გამოსხივებას, რომლის მაქსიმალური ემისიურობა მოდის ტალღის სიგრძეზე =0,48 მიკრონი. იპოვეთ მზის მიერ გამოსხივების გამო ყოველ წამში დაკარგული მასა. გამოთვალეთ დრო, რომ მზის მასა შემცირდეს 1%-ით.

143. დაადგინეთ ტალღის სიგრძე, რომელიც ითვალისწინებს სრულიად შავი სხეულის ემისიურობის მაქსიმალურ მნიშვნელობას, რომელიც უდრის 6,1011 ვტ/მ3.

144. შავი ზედაპირის მქონე ფირფიტა მოთავსებულია ჩავარდნილი სხივების პერპენდიკულარულად ვაკუუმში. განსაზღვრეთ E ენერგია, რომელიც შთანთქავს ფირფიტის ზედაპირის 1 სმ2-ს 1 წუთში, თუ ფირფიტის ზედაპირის ტემპერატურა დაყენებულია 500K-ზე.

145. პოლარული ვარსკვლავისა და ვარსკვლავი სირიუსის რადიაციის მაქსიმალური სპექტრული სიმკვრივის შესაბამისი ტალღის სიგრძე ტოლია, შესაბამისად: П=0,35 მკმ, С=0,29 მკმ. გამოთვალეთ ამ ვარსკვლავების ზედაპირების ტემპერატურა და მათი განუყოფელი და სპექტრული (მაქსიმალურად) რადიაციის სიძლიერის თანაფარდობა ამ ვარსკვლავების ერთეული ზედაპირიდან, ჩათვალეთ ისინი აბსოლუტურად შავი სხეულები.

146. ნათურაში ვოლფრამის სპირალის დიამეტრი d=0,3 მმ, სპირალის სიგრძე l=5 სმ. 127 ვ ძაბვისას ნათურას 0,31 ა დენი გადის რა ტემპერატურაა. სპირალი თუ ენერგია იკარგება მხოლოდ თერმული გამოსხივების გამო. ვოლფრამის შთანთქმის კოეფიციენტი Т=Т, სადაც .

147. გამოთვალეთ აბსოლუტურად შავი ფირფიტის წონასწორობის ტემპერატურა, რომელიც მდებარეობს ვაკუუმში და მდებარეობს 1,4103 ვტ/მ2 გამოსხივების ენერგიის დინების პერპენდიკულარულად. დაადგინეთ რა ტალღის სიგრძეა გამოსხივების მაქსიმალური სპექტრული სიმკვრივე ნაპოვნი ტემპერატურაზე.

148. ვივარაუდოთ, რომ მზე არის აბსოლუტურად შავი სხეული, იპოვნეთ მზის მასის შემცირება 1 წელიწადში რადიაციის გამო. აიღეთ მზის ზედაპირის ტემპერატურა 5800 კ.

149. იპოვეთ სრულიად შავი სხეულის ემისიურობის მაქსიმალური მნიშვნელობა, თუ იგი შეესაბამება ტალღის სიგრძეს =1,45 მიკრონი.

150. აბსოლუტურად შავი სხეულის ტემპერატურა გაიზარდა T1=500 K-დან T2=1500 K-მდე რამდენჯერ შეიცვალა ეს: ა) სხეულის ზედაპირის ერთეულის მიერ დროის ერთეულზე გამოსხივებული ენერგია; ბ) ენერგიის სიკაშკაშე; გ) ემისიურობის მაქსიმალური მნიშვნელობა; დ) ტალღის სიგრძე, რომელზეც ეცემა რადიაციის მაქსიმალური სპექტრული სიმკვრივე; ე) სიხშირე, რომელზედაც ეცემა გამოსხივების მაქსიმალური სპექტრული სიმკვრივე?

151. გამოთვალეთ ცხელი ვოლფრამის სპირალის ჭეშმარიტი ტემპერატურა T, თუ გამოსხივების პირომეტრი აჩვენებს TR=2500 K ტემპერატურას. ვოლფრამის შთანთქმის კოეფიციენტი არ არის დამოკიდებული სიხშირეზე და უდრის =0,35.

152. გამოთვალეთ ცხელი ვოლფრამის კოჭის ჭეშმარიტი ტემპერატურა T, თუ გამოსხივების პირომეტრი აჩვენებს TR=2500 K. ვოლფრამის შთანთქმის კოეფიციენტს T=T, სადაც ..

153. მზის სისტემის შიგნით, მზიდან იმავე მანძილზე, როგორც დედამიწა, არის პატარა ბრტყელი დისკი R = 0.1 მ რადიუსით, განიხილება დისკი, როგორც აბსოლუტურად შავი სხეული და ვივარაუდებთ, რომ მზე ასხივებს როგორც აბსოლუტურად. შავი სხეული 6000 K ტემპერატურით, განსაზღვრეთ დისკის ტემპერატურა. მანძილი მზიდან დედამიწამდე L=1.5.1011 მ.

154. სრულიად შავი სხეულის ტემპერატურაა 2000 კ. გამოთვალეთ გამოსხივებული ენერგიის ნაკადის რა წილი მოდის სპექტრის ხილულ ნაწილზე (400 ნმ-დან 700 ნმ-მდე).

155. რამდენად დაიკლებს დედამიწის ტემპერატურა 100 წელიწადში, თუ მზის ენერგია შეწყვეტს დედამიწაზე ნაკადს? დედამიწის რადიუსი 6400 კმ; სპეციფიკური თბოტევადობა 200 ჯ/კგკ, სიმკვრივე 5500 კგ/მ3; ზედაპირის საშუალო ტემპერატურა 280 K, შთანთქმის კოეფიციენტი 0.8.

156. აბსოლუტურად შავი სხეულის ენერგეტიკული სიკაშკაშე არის 3 ვტ/სმ2. განსაზღვრეთ სხეულის ტემპერატურა და ტალღის სიგრძე, რომელზედაც ეცემა სხეულის მაქსიმალური ემისიურობა.

157. რა დროის შემდეგ შემცირდებოდა მზის მასა თერმული გამოსხივების გამო, თუ მისი სიმძლავრე მუდმივი დარჩებოდა? მზის ზედაპირის ტემპერატურა აღებულია 5800K-ის ტოლი და მზე ითვლება აბსოლუტურად შავ სხეულად.

158. რამდენჯერ შეიცვლება აბსოლუტურად შავი სხეულის ენერგეტიკული სიკაშკაშე ტალღის სიგრძის მცირე დიაპაზონში =5 მკმ-ის მახლობლად სხეულის ტემპერატურის მატებით 1000K-დან 2000K-მდე?

159. აბსოლუტურად შავ სხეულს აქვს ტემპერატურა 2000 კ. რა ტემპერატურამდე გაცივდა სხეული და რამდენად შეიცვალა სხეულის ემისიურობის მაქსიმალური მნიშვნელობა, თუ ტალღის სიგრძე, რომელიც შეადგენს მაქსიმალურ ემისიურობას, შეიცვალა 9 მიკრონით?

160. d = 1,5 სმ დიამეტრის ბურთი, გაცხელებული T0 = 300 K ტემპერატურაზე, მოთავსებული იყო ჭურჭელში, საიდანაც ჰაერი იყო ევაკუირებული. ჭურჭლის ტემპერატურა შენარჩუნებულია 77 კ-ზე. თუ დავუშვებთ, რომ ბურთის ზედაპირი აბსოლუტურად შავია, იპოვეთ რა დროის შემდეგ მისი ტემპერატურა განახევრდება. ბურთი მასალის სიმკვრივე 700 კგ/მ3, სითბოს სიმძლავრე C=300 ჯ/კგ.

161. იპოვეთ 25 ვტ ინკანდესენტური ნათურის ვოლფრამის ძაფის ტემპერატურა, თუ ძაფის სხივური ზედაპირის ფართობია S=0,4 სმ2, ხოლო ვოლფრამის შთანთქმის კოეფიციენტი არის T=T, სადაც   K.

162. U=2 V ძაბვაზე გათვლილი ინკანდესენტური ნათურის თმას აქვს სიგრძე l=10 სმ და დიამეტრი d=0,03 მმ. თუ ვივარაუდებთ, რომ თმა ასხივებს, როგორც აბსოლუტურად შავი სხეული, განსაზღვრეთ ძაფის ტემპერატურა და ტალღის სიგრძე, რომელზედაც მოდის რადიაციული სპექტრის მაქსიმუმი. თმის მასალის სპეციფიკური წინააღმდეგობა =5,510 Ohm. იგნორირება დანაკარგები თერმული გამტარობის გამო.

163. დაადგინეთ სრულიად შავი სხეულის ენერგეტიკული სიკაშკაშე სპექტრის ხილული ნაწილის შესაბამისი ტალღის სიგრძის დიაპაზონში (0,4 მიკრონიდან 0,8 მიკრონიმდე). სხეულის ტემპერატურა არის 1000 K. დავუშვათ, რომ რადიაციის სპექტრული სიმკვრივე ამ დიაპაზონში არ არის დამოკიდებული ტალღის სიგრძეზე და უდრის მის მნიშვნელობას =0.6 μm.

164. დაადგინეთ ნაცრისფერი სხეულის შთანთქმის უნარი T, რომლისთვისაც რადიაციული პირომეტრით გაზომილი ტემპერატურაა T=1400 K, ხოლო ნამდვილი ტემპერატურა T=3200 K.

165. რა სიმძლავრე უნდა მიეწოდოს 4 სმ რადიუსის მქონე ტყვიის ბურთულას, რომ შეინარჩუნოს ტემპერატურა t1=27 C, თუ გარემოს ტემპერატურაა t2=23 C. ტყვიის შთანთქმის უნარი არის 0,6. დავუშვათ, რომ ენერგია იკარგება მხოლოდ რადიაციის გამო.

166. ნათურასა და ფოტოცელას შორის მოთავსებულია სინათლის ფილტრი, რომელიც გადასცემს გამოსხივებას ტალღის სიგრძის დიაპაზონში 0,99 მიკრონიდან 1,01 მიკრონიმდე. ნათურის კოჭის ტემპერატურაზე, რომელიც უდრის 1500 K-ს, დენი ფოტოცელში არის 20 mA. თუ ვივარაუდებთ, რომ ფოტოცელში გამავალი დენი პროპორციულია მასზე გამოსხივების ინციდენტის სიმძლავრისა, განსაზღვრეთ რამდენჯერ შეიცვლება ეს დენი, თუ ნათურის სპირალის ტემპერატურა გაიზრდება 2000 კ-მდე.

167. გამოთვალეთ 100 ვატიანი ნათურის სიმძლავრის რა ნაწილი მოდის სპექტრის ხილულ ნაწილზე (400 ნმ-დან 700 ნმ-მდე). აიღეთ ნათურის ძაფის ტემპერატურა 2500 K-ის ტოლი და ჩათვალეთ, რომ ნათურა ასხივებს მთლიანად შავ სხეულს.

168. თქვენი თვალის შიგნით ელექტრომაგნიტური გამოსხივება შედგება ორი კომპონენტისგან: ა) შავი გამოსხივება 310 K ტემპერატურაზე და ბ) ხილული სინათლე, ფოტონების სახით, რომელიც თვალში შედის გუგის მეშვეობით. შეაფასეთ: ა) თვალის შავი გამოსხივების ჯამური ენერგია; ბ) თვალში ხილული გამოსხივების ენერგია, რომელიც მოდის 100 ვტ ნათურიდან, თუ თქვენ მისგან 2 მეტრის მანძილზე ხართ. გუგის ფართობია S=0,1სმ2, თვალის კაკლის დიამეტრი d=3სმ.ნათურა გამოსცემს თავისი სიმძლავრის მხოლოდ 2%-ს ხილულ დიაპაზონში (400ნმ-დან 700ნმ-მდე).

169. გამოთვალეთ რადიოტელეფონის დასაშვები ხანგრძლივობა გადამცემის რეჟიმში, თუ ადამიანის თავის ბიოლოგიურ ქსოვილებზე მაქსიმალური დასაშვები ენერგეტიკული დატვირთვა 900 მჰც სიხშირეზე არის 2 ვტ. საათი/მ2. რადიოტელეფონის რადიაციული სიმძლავრე Р=0,5 ვტ. მინიმალური მანძილი რადიოტელეფონის ანტენიდან სათავემდე არის r=5 სმ.დავარაუდოთ, რომ ანტენა ერთნაირად ასხივებს ყველა მიმართულებით.

170. ახსენით რატომ ღია ფანჯრებიქუჩების მხრიდან სახლები შავი ჩანს.

171. ფაიფურის ჩაის ფინჯანს ღია ფონზე აქვს მუქი ნიმუში. ახსენით, თუ რატომ ამ ფინჯანს სწრაფად ამოიღებენ ღუმელიდან, სადაც ის გაცხელდა მაღალ ტემპერატურაზე და უყურებენ სიბნელეში, მაშინ მუქი ფონზე შეინიშნება ღია ნიმუში.

172. არის ორი იდენტური ალუმინის ჩაიდანი, რომლებშიც ერთი და იგივე რაოდენობის წყალი თბება იმავე ტემპერატურაზე. ერთი ქვაბი ჭვარტლიანია, მეორე კი სუფთა. ახსენით რომელი ქვაბი უფრო სწრაფად გაცივდება და რატომ.

173. დაადგინეთ რამდენჯერ არის საჭირო შავი სხეულის თერმოდინამიკური ტემპერატურის შემცირება ისე, რომ მისი ენერგეტიკული სიკაშკაშე Re 16-ჯერ შესუსტდეს. (პასუხი: 2-ჯერ).

174. მაუფლე ღუმელის შიდა ზედაპირის ტემპერატურა 30 სმ2 ღია ნახვრეტით არის 1,3 კკ. თუ ვივარაუდებთ, რომ ღუმელის გახსნა ასხივებს შავ სხეულს, განსაზღვრეთ სიმძლავრის რა ნაწილი იშლება კედლებით, თუ ღუმელის მიერ მოხმარებული სიმძლავრე არის 1,5 კვტ. (პასუხი: 0.676).

175. შავი სხეული T1 = 3 კკ ტემპერატურაზეა. როდესაც სხეული გაცივდება, ტალღის სიგრძე, რომელიც შეესაბამება ენერგიის სიკაშკაშის მაქსიმალურ სპექტრულ სიმკვრივეს, იცვლება Δλ = 8 μm. განსაზღვრეთ ტემპერატურა T2, რომლითაც სხეული გაცივდა. (პასუხი: 323 K).

176. შავი სხეული თბებოდა T1 = 600 K ტემპერატურადან T2 = 2400 K-მდე. დაადგინეთ: 1) რამდენჯერ გაიზარდა მისი ენერგეტიკული სიკაშკაშე; 2) როგორ შეიცვალა ტალღის სიგრძე, რომელიც შეესაბამება ენერგიის სიკაშკაშის მაქსიმალურ სპექტრულ სიმკვრივეს. (პასუხი: 1) 256-ჯერ; 2) შემცირდა 3.62 მკმ-ით).

177. შავი სხეულის ენერგეტიკული სიკაშკაშის rλT სპექტრული სიმკვრივის გრაფიკით შემოსაზღვრული ფართობი, თერმოდინამიკური ტემპერატურიდან T1 ტემპერატურაზე T2-ზე გადასვლისას გაიზარდა 5-ჯერ. დაადგინეთ, როგორ შეიცვლება ამ შემთხვევაში ტალღის სიგრძე λmax, რაც შეესაბამება შავი სხეულის ენერგიის სიკაშკაშის მაქსიმალურ სპექტრულ სიმკვრივეს. (პასუხი: შემცირდება 1,49-ჯერ).

178. ნიკელის შავ სხეულად განხილვა, განსაზღვრეთ სიმძლავრე, რომელიც საჭიროა გამდნარი ნიკელის ტემპერატურის შესანარჩუნებლად 1453 ° C-ზე უცვლელად, თუ მისი ზედაპირის ფართობი 0,5 სმ2-ია. უგულებელყოთ ენერგიის დანაკარგები. (პასუხი: 25,2 W).

179. ლითონის ზედაპირი, რომლის ფართობია 15 სმ2, თბება T \u003d 3000 K ტემპერატურამდე, ასხივებს 100 კჯ-ს ერთ წუთში. განსაზღვრეთ: 1) ამ ზედაპირის მიერ გამოსხივებული ენერგია, მიჩნეულია შავი; 2) ამ ზედაპირისა და შავი სხეულის ენერგიის სიკაშკაშეთა თანაფარდობა მოცემულ ტემპერატურაზე. (პასუხი: 413 კჯ; 0,242).

180. მზის შავი სხეულის სახით და იმის გათვალისწინებით, რომ მისი ენერგიის სიკაშკაშის მაქსიმალური სპექტრული სიმკვრივე შეესაბამება ტალღის სიგრძეს λ = 500 ნმ, განვსაზღვროთ: 1) მზის ზედაპირის ტემპერატურა; 2) მზის მიერ ელექტრომაგნიტური ტალღების სახით გამოსხივებული ენერგია 10 წუთში; 3) მზის მიერ ამ დროის განმავლობაში დასხივების გამო დაკარგული მასა. (პასუხი: 5800 K; 2.34.1029 J; 2.6.1012 კგ).

181. განსაზღვრეთ დენის სიძლიერე, რომელიც მიედინება ვოლფრამის მავთულის დიამეტრით d \u003d 0,8 მმ, რომლის ტემპერატურა ვაკუუმში შენარჩუნებულია მუდმივი და ტოლია t \u003d 2800 ° C. მავთულის ზედაპირი აღებულია ნაცრისფერი სახით, შთანთქმის უნარით AT = 0,343. მავთულის სპეციფიკური წინააღმდეგობა მოცემულ ტემპერატურაზე ρ = 0.92.10-4 Ohm.cm. მავთულის მიმდებარე გარემოს ტემპერატურა t0 = 17 °C. (პასუხი: 48.8 ა).

182. გადააქციეთ პლანკის ფორმულა შავი სხეულის ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივისთვის ν ცვლადიდან λ ცვლადში.

183. პლანკის ფორმულით განვსაზღვროთ რადიაციის ნაკადის სპექტრული სიმკვრივე შავი სხეულის ერთეულ ზედაპირზე ვიწრო ტალღის სიგრძის ინტერვალზე Δλ = 5ნმ ენერგიის სიკაშკაშის მაქსიმალური სპექტრული სიმკვრივის მახლობლად, თუ შავი სხეულის ტემპერატურაა T = 2500K. (პასუხი: rλTΔλ = 6,26 კვტ/მ2).

184. ვოლფრამის ძაფისთვის T \u003d 3500 K ტემპერატურაზე, შთანთქმის უნარი AT \u003d 0,35. განსაზღვრეთ ძაფის გამოსხივების ტემპერატურა. (პასუხი: 2,69 კკ).

შავი სხეულის გამოსხივების სპექტრული სიმკვრივე არის ტალღის სიგრძისა და ტემპერატურის უნივერსალური ფუნქცია. ეს ნიშნავს, რომ შავი სხეულის სპექტრული შემადგენლობა და გამოსხივების ენერგია არ არის დამოკიდებული სხეულის ბუნებაზე.

ფორმულები (1.1) და (1.2) გვიჩვენებს, რომ აბსოლუტურად შავი სხეულის სპექტრული და ინტეგრალური გამოსხივების სიმკვრივის ცოდნა, შეიძლება გამოვთვალოთ ისინი ნებისმიერი არაშავი სხეულისთვის, თუ ცნობილია ამ უკანასკნელის შთანთქმის კოეფიციენტი, რომელიც უნდა განისაზღვროს ექსპერიმენტულად.

კვლევამ გამოიწვია შავი სხეულის გამოსხივების შემდეგი კანონები.

1. შტეფან-ბოლცმანის კანონი: შავი სხეულის გამოსხივების ინტეგრალური სიმკვრივე პროპორციულია მისი აბსოლუტური ტემპერატურის მეოთხე ხარისხთან

ღირებულება σ დაურეკა სტეფანეს მუდმივი- ბოლცმანი:

σ \u003d 5.6687 10 -8 J m - 2 s - 1 K - 4.

დროთა განმავლობაში გამოსხივებული ენერგია ტაბსოლუტურად შავი სხეული რადიაციული ზედაპირით სმუდმივ ტემპერატურაზე T,

W=σT 4 ქ

თუ სხეულის ტემპერატურა დროთა განმავლობაში იცვლება, ე.ი. T = T(ტ), შემდეგ

შტეფან-ბოლცმანის კანონი მიუთითებს რადიაციული სიმძლავრის უკიდურესად სწრაფ ზრდაზე ტემპერატურის მატებასთან ერთად. მაგალითად, როდესაც ტემპერატურა იზრდება 800-დან 2400 K-მდე (ანუ 527-დან 2127 ° C-მდე), მთლიანად შავი სხეულის გამოსხივება იზრდება 81-ჯერ. თუ შავ სხეულს აკრავს საშუალო ტემპერატურა T 0, მაშინ თვალი შთანთქავს თავად მედიუმის მიერ გამოყოფილ ენერგიას.

ამ შემთხვევაში, სხვაობა ემიტირებული და შთანთქმის გამოსხივების სიმძლავრეს შორის შეიძლება გამოიხატოს დაახლოებით ფორმულით

U=σ(T 4 - T 0 4)

შტეფან-ბოლცმანის კანონი არ გამოიყენება რეალურ სხეულებზე, რადგან დაკვირვებები აჩვენებს უფრო რთულ დამოკიდებულებას. რტემპერატურაზე, ასევე სხეულის ფორმაზე და მისი ზედაპირის მდგომარეობაზე.

2. ვინის გადაადგილების კანონი. ტალღის სიგრძე λ 0, რომელიც ითვალისწინებს შავი სხეულის გამოსხივების მაქსიმალურ სპექტრულ სიმკვრივეს, უკუპროპორციულია სხეულის აბსოლუტური ტემპერატურისა:

λ 0 = ან λ 0 T \u003d ბ.

მუდმივი ბ,დაურეკა ვიენის კანონის მუდმივი,უდრის b= 0.0028978 მ K ( λ გამოხატული მეტრით).

ამრიგად, ტემპერატურის მატებასთან ერთად, არა მხოლოდ იზრდება მთლიანი გამოსხივება, არამედ, გარდა ამისა, იცვლება ენერგიის განაწილება სპექტრზე. მაგალითად, სხეულის დაბალ ტემპერატურაზე ძირითადად ინფრაწითელი სხივების შესწავლა ხდება და ტემპერატურის მატებასთან ერთად გამოსხივება ხდება მოწითალო, ნარინჯისფერი და ბოლოს თეთრი. ნახ. სურათი 2.1 გვიჩვენებს შავი სხეულის გამოსხივების ენერგიის ემპირიულ განაწილების მრუდებს ტალღის სიგრძეზე სხვადასხვა ტემპერატურაზე: მათგან ჩანს, რომ გამოსხივების მაქსიმალური სპექტრული სიმკვრივე ტემპერატურის მატებასთან ერთად გადადის მოკლე ტალღებისკენ.

3. პლანკის კანონი. შტეფან-ბოლცმანის კანონი და ვიენის გადაადგილების კანონი არ ხსნის მთავარ პრობლემას იმის შესახებ, თუ რამდენად დიდია რადიაციის სპექტრული სიმკვრივე თითოეულ ტალღის სიგრძეზე შავი სხეულის სპექტრში ტემპერატურაზე. თ.ამისათვის თქვენ უნდა ჩამოაყალიბოთ ფუნქციური დამოკიდებულება დასაწყისი λ და თ.

ელექტრომაგნიტური ტალღების გამოსხივების უწყვეტი ბუნების კონცეფციაზე და თავისუფლების ხარისხებზე ენერგიის ერთგვაროვანი განაწილების კანონის საფუძველზე (მიღებული კლასიკურ ფიზიკაში), მიიღეს ორი ფორმულა შავი სხეულის სპექტრული სიმკვრივისა და გამოსხივებისთვის:

1) Win-ის ფორმულა

სადაც ადა ბ- მუდმივი მნიშვნელობები;

2) რეილი-ჯინსის ფორმულა

u λT = 8πkT λ – 4,

სადაც კარის ბოლცმანის მუდმივი. ექსპერიმენტულმა შემოწმებამ აჩვენა, რომ მოცემული ტემპერატურისთვის, ვიენის ფორმულა სწორია მოკლე ტალღებისთვის (როდესაც λTძალიან მცირეა და იძლევა გამოცდილების მკვეთრ კონვერგენციას გრძელი ტალღების რეგიონში. Rayleigh-Jeans-ის ფორმულა სწორი აღმოჩნდა გრძელი ტალღებისთვის და სრულიად შეუსაბამო მოკლე ტალღებისთვის (ნახ. 2.2).

ამრიგად, კლასიკურ ფიზიკას არ შეეძლო აეხსნა ენერგიის განაწილების კანონი სრულიად შავი სხეულის რადიაციის სპექტრში.

ფუნქციის ტიპის დასადგენად u λTსაჭირო იყო სრულიად ახალი იდეები სინათლის გამოსხივების მექანიზმის შესახებ. 1900 წელს მ.პლანკმა წამოაყენა ჰიპოთეზა, რომ ატომებისა და მოლეკულების მიერ ელექტრომაგნიტური გამოსხივების ენერგიის შთანთქმა და გამოსხივება შესაძლებელია მხოლოდ ცალკეულ "ნაწილებში".რომლებსაც ენერგეტიკულ კვანტებს უწოდებენ. ენერგიის კვანტის მნიშვნელობა ε რადიაციის სიხშირის პროპორციული ვ(ტალღის სიგრძის უკუპროპორციულია λ ):

ε = hv = hc/λ

პროპორციულობის ფაქტორი თ = 6.625 10 -34 ჯ ს და ე.წ პლანკის მუდმივი.ტალღის სიგრძისთვის სპექტრის ხილულ ნაწილში λ = 0,5 მკმ, ენერგეტიკული კვანტის მნიშვნელობა არის:

ε = hc/λ= 3.79 10 -19 J s = 2.4 eV

ამ ვარაუდზე დაყრდნობით, პლანკმა მიიღო ფორმულა u λT:

(2.1)

სადაც კარის ბოლცმანის მუდმივი, თანარის სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში. l (2.1) ფუნქციის შესაბამისი მრუდი ასევე ნაჩვენებია ნახ. 2.2.

პლანკის კანონი (2.11) იძლევა შტეფან-ბოლცმანის კანონს და ვიენის გადაადგილების კანონს. მართლაც, რადიაციის ინტეგრალური სიმკვრივისთვის ვიღებთ

ამ ფორმულის მიხედვით გაანგარიშება იძლევა შედეგს, რომელიც ემთხვევა სტეფან-ბოლცმანის მუდმივის ემპირიულ მნიშვნელობას.

ვიენის გადაადგილების კანონი და მისი მუდმივი შეიძლება მივიღოთ პლანკის ფორმულიდან ფუნქციის მაქსიმუმის იპოვით u λT, რომლის წარმოებული u λT on λ და უდრის ნულს. გაანგარიშება მიდის ფორმულაში:

(2.2)

მუდმივის გაანგარიშება ბამ ფორმულის მიხედვით ასევე იძლევა შედეგს, რომელიც ემთხვევა ვიენის მუდმივის ემპირიულ მნიშვნელობას.

განვიხილოთ თერმული გამოსხივების კანონების ყველაზე მნიშვნელოვანი გამოყენება.

მაგრამ. თერმული სინათლის წყაროები.ხელოვნური სინათლის წყაროების უმეტესობა არის თერმული გამოსხივება (ელექტრული ინკანდესენტური ნათურები, ჩვეულებრივი რკალის ნათურები და ა.შ.). თუმცა, სინათლის ეს წყაროები საკმარისად ეკონომიური არ არის.

§ 1-ში ითქვა, რომ თვალი მგრძნობიარეა სპექტრის მხოლოდ ძალიან ვიწრო ნაწილის მიმართ (380-დან 770 ნმ-მდე); ყველა სხვა ტალღას არ აქვს ვიზუალური შეგრძნება. თვალის მაქსიმალური მგრძნობელობა შეესაბამება ტალღის სიგრძეს λ = 0,555 მკმ. თვალის ამ თვისებიდან გამომდინარე, სინათლის წყაროებიდან უნდა მოითხოვოს ენერგიის ისეთი განაწილება სპექტრში, რომელშიც რადიაციის მაქსიმალური სპექტრული სიმკვრივე დაეცემა ტალღის სიგრძეზე. λ = 0,555 მკმ ან მეტი. თუ ასეთ წყაროდ ავიღებთ აბსოლუტურად შავ სხეულს, მაშინ ვიენის გადაადგილების კანონის მიხედვით, შეგვიძლია გამოვთვალოთ მისი აბსოლუტური ტემპერატურა:

რომ

ამრიგად, ყველაზე ხელსაყრელი თერმული სინათლის წყაროს უნდა ჰქონდეს ტემპერატურა 5200 K, რაც შეესაბამება მზის ზედაპირის ტემპერატურას. ეს დამთხვევა არის ადამიანის ხედვის ბიოლოგიური ადაპტაციის შედეგი მზის რადიაციის სპექტრში ენერგიის განაწილებაზე. მაგრამ ეს სინათლის წყაროც კი ეფექტურობა(ხილული გამოსხივების ენერგიის თანაფარდობა ყველა გამოსხივების მთლიან ენერგიასთან) იქნება მცირე. გრაფიკულად ნახ. 2.3 ეს კოეფიციენტი გამოიხატება ფართობების თანაფარდობით S1და ს; კვადრატი S1გამოხატავს სპექტრის ხილული რეგიონის გამოსხივების ენერგიას, ს- მთელი რადიაციული ენერგია.

გაანგარიშება გვიჩვენებს, რომ დაახლოებით 5000-6000 K ტემპერატურაზე სინათლის ეფექტურობა მხოლოდ 14-15%-ია (მთლიანად შავი სხეულისთვის). არსებული ხელოვნური სინათლის წყაროების ტემპერატურაზე (3000 K), ეს ეფექტურობა მხოლოდ 1-3%-ია. თერმული ემიტერის ასეთი დაბალი "შუქის გამომუშავება" აიხსნება იმით, რომ ატომებისა და მოლეკულების ქაოტური მოძრაობის დროს აღიძვრება არა მხოლოდ სინათლე (ხილული), არამედ სხვა ელექტრომაგნიტური ტალღები, რომლებსაც არ აქვთ მსუბუქი ეფექტი. თვალი. მაშასადამე, შეუძლებელია სხეულს შერჩევით აიძულოთ გამოასხივოს მხოლოდ ის ტალღები, რომლებზეც თვალი მგრძნობიარეა: უხილავი ტალღები აუცილებლად გამოსხივდება.

ყველაზე მნიშვნელოვანი თანამედროვე ტემპერატურის სინათლის წყაროა ელექტრო ინკანდესენტური ნათურები ვოლფრამის ძაფით. ვოლფრამის დნობის წერტილი არის 3655 K. თუმცა, ძაფის გათბობა 2500 K-ზე მაღალ ტემპერატურაზე საშიშია, ვინაიდან ამ ტემპერატურაზე ვოლფრამი ძალიან სწრაფად იფრქვევა და ძაფი ნადგურდება. ძაფის ჭურვის შესამცირებლად, შემოთავაზებული იყო ნათურების შევსება ინერტული აირებით (არგონი, ქსენონი, აზოტი) დაახლოებით 0,5 ატმ წნევით. ამან შესაძლებელი გახადა ძაფის ტემპერატურის აწევა 3000-3200 კ-მდე. ამ ტემპერატურაზე, რადიაციის მაქსიმალური სპექტრული სიმკვრივე დევს ინფრაწითელი ტალღების რეგიონში (დაახლოებით 1,1 მიკრონი), ამიტომ ყველა თანამედროვე ინკანდესენტურ ნათურას აქვს ოდნავ ეფექტურობა. 1%-ზე მეტი.

ბ. ოპტიკური პირომეტრია.შავი სხეულის გამოსხივების ზემოაღნიშნული კანონები შესაძლებელს ხდის ამ სხეულის ტემპერატურის განსაზღვრას, თუ ტალღის სიგრძე ცნობილია. λ 0 მაქსიმუმის შესაბამისი u λT(ვიენის კანონის მიხედვით), ან თუ ცნობილია გამოსხივების ინტეგრალური სიმკვრივის მნიშვნელობა (შტეფან-ბოლცმანის კანონის მიხედვით). სხეულის ტემპერატურის განსაზღვრის ეს მეთოდები მისით თერმული გამოსხივებაკაბინებზე I ოპტიკური პირომეტრია;ისინი განსაკუთრებით მოსახერხებელია ძალიან გაზომვისას მაღალი ტემპერატურა. ვინაიდან აღნიშნული კანონები გამოიყენება მხოლოდ მთლიანად შავ სხეულზე, მათზე დაფუძნებული ოპტიკური პირომეტრია კარგ შედეგს იძლევა მხოლოდ იმ სხეულების ტემპერატურის გაზომვისას, რომლებიც თავიანთი თვისებებით ახლოსაა სრულიად შავ სხეულთან. პრაქტიკაში ეს არის ქარხნული ღუმელები, ლაბორატორიული მაყუჩის ღუმელები, საქვაბე ღუმელები და ა.შ. განვიხილოთ სითბოს გამოსხივების ტემპერატურის განსაზღვრის სამი მეთოდი:

ა. მეთოდი, რომელიც ეფუძნება ვიენის გადაადგილების კანონს.თუ ჩვენ ვიცით ტალღის სიგრძე, რომელზეც ეცემა რადიაციის მაქსიმალური სპექტრული სიმკვრივე, მაშინ სხეულის ტემპერატურა შეიძლება გამოითვალოს ფორმულით (2.2).

კერძოდ, ამ გზით განისაზღვრება ტემპერატურა მზის ზედაპირზე, ვარსკვლავებზე და ა.შ.

არაშავი სხეულებისთვის ეს მეთოდი არ იძლევა სხეულის ნამდვილ ტემპერატურას; თუ ემისიის სპექტრში არის ერთი მაქსიმუმი და გამოვთვალოთ თფორმულის (2.2) მიხედვით, მაშინ გამოთვლა გვაძლევს სრულიად შავი სხეულის ტემპერატურას, რომელსაც აქვს თითქმის იგივე ენერგიის განაწილება სპექტრში, როგორც შესამოწმებელ სხეულს. ამ შემთხვევაში სრულიად შავი სხეულის გამოსხივების ქრომატულობა იგივე იქნება, რაც შესასწავლი გამოსხივების ქრომატულობა. სხეულის ამ ტემპერატურას ე.წ ფერის ტემპერატურა.

ინკანდესენტური ნათურის ძაფის ფერის ტემპერატურაა 2700-3000 K, რაც ძალიან ახლოს არის მის ნამდვილ ტემპერატურასთან.

ბ. რადიაციის ტემპერატურის გაზომვის მეთოდისხეულის ინტეგრალური გამოსხივების სიმკვრივის გაზომვის საფუძველზე რდა მისი ტემპერატურის გამოთვლა სტეფან-ბოლცმანის კანონის მიხედვით. შესაბამის ინსტრუმენტებს რადიაციული პირომეტრები ეწოდება.

ბუნებრივია, თუ რადიაციული სხეული არ არის აბსოლუტურად შავი, მაშინ გამოსხივების პირომეტრი არ მისცემს სხეულის ნამდვილ ტემპერატურას, მაგრამ აჩვენებს აბსოლუტურად შავი სხეულის ტემპერატურას, რომლის დროსაც ამ უკანასკნელის განუყოფელი გამოსხივების სიმკვრივე უდრის ინტეგრალურ გამოსხივებას. ტესტის სხეულის სიმკვრივე. სხეულის ამ ტემპერატურას ე.წ რადიაცია,ან ენერგია,ტემპერატურა.

რადიაციული პირომეტრის ნაკლოვანებებს შორის აღვნიშნავთ მისი გამოყენების შეუძლებლობას მცირე ობიექტების ტემპერატურის დასადგენად, აგრეთვე ობიექტსა და პირომეტრს შორის მდებარე საშუალების გავლენას, რომელიც შთანთქავს გამოსხივების ნაწილს.

in. მე სიკაშკაშის მეთოდი ტემპერატურის განსაზღვრისთვის.მისი მოქმედების პრინციპი ემყარება პირომეტრის ნათურის ინკანდესენტური ძაფის სიკაშკაშის ვიზუალურ შედარებას ინკანდესენტური ტესტის სხეულის გამოსახულების სიკაშკაშესთან. მოწყობილობა არის ლაქების სკანირება, შიგნით მოთავსებული ელექტრო ნათურა, რომელიც იკვებება ბატარეით. მონოქრომატული ფილტრის საშუალებით ვიზუალურად დაფიქსირებული თანასწორობა განისაზღვრება ძაფის გამოსახულების გაქრობით ცხელი სხეულის გამოსახულების ფონზე. ძაფის სიკაშკაშე რეგულირდება რიოსტატით, ხოლო ტემპერატურა განისაზღვრება ამმეტრის მასშტაბით, რომელიც პირდაპირ ტემპერატურაზეა დაყენებული.

ფოტოელექტრული ეფექტი

ფოტოელექტრული ეფექტი აღმოაჩინა 1887 წელს გერმანელმა ფიზიკოსმა გ.ჰერცმა და ექსპერიმენტულად შეისწავლა ა.გ.სტოლეტოვმა 1888-1890 წლებში. ფოტოელექტრული ეფექტის ფენომენის ყველაზე სრულყოფილი შესწავლა ჩაატარა ფ. ლენარდმა 1900 წელს. ამ დროისთვის ელექტრონი უკვე აღმოჩენილი იყო (1897, ჯ. ტომსონი) და ცხადი გახდა, რომ ფოტოელექტრული ეფექტი (ან, უფრო ზუსტად, გარე ფოტოელექტრული ეფექტი) არის ელექტრონების გამოყვანა მატერიიდან მასზე დაცემული სინათლის გავლენის ქვეშ.

ფოტოელექტრული ეფექტის შესასწავლად ექსპერიმენტული დაყენების განლაგება ნაჩვენებია ნახ. ერთი.

ბრინჯი. ერთი

ექსპერიმენტებში გამოყენებული იქნა მინის ვაკუუმური ჭურჭელი ორი ლითონის ელექტროდით, რომლის ზედაპირი ფრთხილად იყო გასუფთავებული. ელექტროდებზე ძაბვა იქნა გამოყენებული უ, რომლის პოლარობა შეიძლება შეიცვალოს ორმაგი გასაღების გამოყენებით. ერთ-ერთი ელექტროდი (კათოდი K) განათებული იყო კვარცის ფანჯრიდან გარკვეული ტალღის სიგრძის მონოქრომატული შუქით. მუდმივი მანათობელი ნაკადის დროს მიღებული იყო ფოტოდინების სიძლიერის დამოკიდებულება მეგამოყენებული ძაბვისგან. ნახ. ნახაზი 2 გვიჩვენებს ასეთი დამოკიდებულების ტიპურ მოსახვევებს, რომლებიც მიღებულია კათოდზე სინათლის ნაკადის ინტენსივობის ორი მნიშვნელობისთვის.

მრუდები გვიჩვენებს, რომ A ანოდზე საკმარისად მაღალი დადებითი ძაბვის დროს, ფოტოდენი აღწევს გაჯერებას, ვინაიდან კათოდიდან სინათლის მიერ გამოდევნილი ყველა ელექტრონი აღწევს ანოდამდე. ფრთხილად გაზომვებმა აჩვენა, რომ გაჯერების დენი მე n პირდაპირპროპორციულია დაცემის სინათლის ინტენსივობისა. როდესაც ანოდზე ძაბვა უარყოფითია, ელექტრული ველი კათოდსა და ანოდს შორის ანელებს ელექტრონებს. ანოდს შეუძლია მიაღწიოს მხოლოდ იმ ელექტრონებს, რომელთა კინეტიკური ენერგია აღემატება | ევროპა|. თუ ანოდის ძაბვა ნაკლებია - უსთ, ფოტოდენი ჩერდება. საზომი უთ, შესაძლებელია ფოტოელექტრონების მაქსიმალური კინეტიკური ენერგიის დადგენა: ( mυ 2 / 2)მაქს = ევროპათ

ბრინჯი. ერთი

მეცნიერთა გასაკვირად, ღირებულება უ h აღმოჩნდა, რომ დამოუკიდებელი იყო ინციდენტის სინათლის ნაკადის ინტენსივობისგან. ფრთხილად გაზომვებმა აჩვენა, რომ ბლოკირების პოტენციალი წრფივად იზრდება სინათლის ν სიხშირის მატებასთან ერთად (ნახ. 3).

მრავალმა ექსპერიმენტატორმა დაადგინა ფოტოელექტრული ეფექტის შემდეგი ძირითადი კანონები:

1. ფოტოელექტრონების მაქსიმალური კინეტიკური ენერგია სინათლის სიხშირის მატებასთან ერთად წრფივად იზრდება ν და არ არის დამოკიდებული მის ინტენსივობაზე.

2. თითოეული ნივთიერებისთვის არის ფოტოელექტრული ეფექტის ეგრეთ წოდებული წითელი საზღვარი, ანუ ყველაზე დაბალი სიხშირე νწთ, რომლის დროსაც ჯერ კიდევ შესაძლებელია გარე ფოტოელექტრული ეფექტი.

3. სინათლის მიერ კათოდიდან 1 წამში გამოყვანილი ფოტოელექტრონების რაოდენობა სინათლის ინტენსივობის პირდაპირპროპორციულია.

4. ფოტოელექტრული ეფექტი პრაქტიკულად ინერციულია, ფოტოდინება ხდება მყისიერად კათოდური განათების დაწყების შემდეგ, იმ პირობით, რომ სინათლის სიხშირე ν > ν min.

ფოტოელექტრული ეფექტის ყველა ეს კანონი ძირეულად ეწინააღმდეგებოდა კლასიკური ფიზიკის იდეებს სინათლის მატერიასთან ურთიერთქმედების შესახებ. ტალღის კონცეფციის თანახმად, ელექტრომაგნიტურ სინათლის ტალღასთან ურთიერთობისას ელექტრონს თანდათან მოუწევს ენერგიის დაგროვება და სინათლის ინტენსივობიდან გამომდინარე მნიშვნელოვანი დრო დასჭირდება, რომ ელექტრონმა დააგროვოს საკმარისი ენერგია კათოდიდან გასაფრენად. . გამოთვლები აჩვენებს, რომ ეს დრო უნდა ყოფილიყო გათვლილი წუთებში ან საათებში. თუმცა, გამოცდილება გვიჩვენებს, რომ ფოტოელექტრონები ჩნდება კათოდის განათების დაწყებისთანავე. ამ მოდელში ასევე შეუძლებელი იყო ფოტოელექტრული ეფექტის წითელი საზღვრის არსებობის გაგება. სინათლის ტალღური თეორია ვერ ხსნიდა ფოტოელექტრონების ენერგიის დამოუკიდებლობას სინათლის ნაკადის ინტენსივობისგან და მაქსიმალური კინეტიკური ენერგიის პროპორციულობა სინათლის სიხშირეზე.

ამრიგად, სინათლის ელექტრომაგნიტური თეორია ვერ ახსნიდა ამ კანონზომიერებებს.

გამოსავალი იპოვა ა. აინშტაინმა 1905 წელს. ფოტოელექტრული ეფექტის დაკვირვებული კანონების თეორიული ახსნა აინშტაინმა მისცა მ. პლანკის ჰიპოთეზას, რომ სინათლე გამოიყოფა და შეიწოვება გარკვეულ ნაწილებში და თითოეულის ენერგია. ასეთი ნაწილი განისაზღვრება ფორმულით ე = თ v, სადაც თარის პლანკის მუდმივი. აინშტაინმა შემდეგი ნაბიჯი გადადგა კვანტური კონცეფციების შემუშავებაში. ის მივიდა დასკვნამდე, რომ სინათლეს აქვს უწყვეტი (დისკრეტული) სტრუქტურა. ელექტრომაგნიტური ტალღა შედგება ცალკეული ნაწილებისგან - კვანტებისგან, შემდგომში დასახელებული ფოტონები. მატერიასთან ურთიერთობისას ფოტონი მთელ თავის ენერგიას გადასცემს თν ერთ ელექტრონს. ამ ენერგიის ნაწილი შეიძლება გაიფანტოს ელექტრონის მიერ მატერიის ატომებთან შეჯახებისას. გარდა ამისა, ელექტრონის ენერგიის ნაწილი იხარჯება მეტალ-ვაკუუმის ინტერფეისზე პოტენციური ბარიერის გადალახვაზე. ამისათვის ელექტრონმა უნდა შეასრულოს სამუშაო ფუნქცია A გარეთკათოდური მასალის თვისებებიდან გამომდინარე. მაქსიმალური კინეტიკური ენერგია, რომელიც შეიძლება ჰქონდეს კათოდიდან გამოსხივებულ ფოტოელექტრონს, განისაზღვრება ენერგიის შენარჩუნების კანონით:

ამ ფორმულას ეწოდება აინშტაინის განტოლება ფოტოელექტრული ეფექტისთვის.

აინშტაინის განტოლების გამოყენებით, შეგიძლიათ ახსნათ გარე ფოტოელექტრული ეფექტის ყველა კანონზომიერება. აინშტაინის განტოლებიდან გამომდინარეობს მაქსიმალური კინეტიკური ენერგიის წრფივი დამოკიდებულება სიხშირეზე და დამოუკიდებლობა სინათლის ინტენსივობაზე, წითელი საზღვრის არსებობა და ფოტოელექტრული ეფექტის ინერცია. ფოტოელექტრონების ჯამური რაოდენობა, რომლებიც ტოვებენ კათოდის ზედაპირს 1 წამში, პროპორციული უნდა იყოს იმავე დროს ზედაპირზე დაცემული ფოტონების რაოდენობის. აქედან გამომდინარეობს, რომ გაჯერების დენი პირდაპირპროპორციული უნდა იყოს სინათლის ნაკადის ინტენსივობისა. ამ განცხადებას სტოლეტოვის კანონი ჰქვია.

როგორც აინშტაინის განტოლებიდან ჩანს, სწორი ხაზის დახრილობა, რომელიც გამოხატავს ბლოკირების პოტენციალის დამოკიდებულებას უ h სიხშირეზე ν (ნახ. 3), უდრის პლანკის მუდმივის შეფარდებას თელექტრონის მუხტამდე ე:

ეს შესაძლებელს ხდის ექსპერიმენტულად განსაზღვროს პლანკის მუდმივის მნიშვნელობა. ასეთი გაზომვები გაკეთდა 1914 წელს რ. მილიკანის მიერ და კარგად ეთანხმებოდა პლანკის მიერ აღმოჩენილ მნიშვნელობას. ამ გაზომვებმა ასევე შესაძლებელი გახადა სამუშაო ფუნქციის განსაზღვრა ა:

სადაც გარის სინათლის სიჩქარე, λcr არის ტალღის სიგრძე, რომელიც შეესაბამება ფოტოელექტრული ეფექტის წითელ საზღვარს.

მეტალების უმეტესობისთვის, სამუშაო ფუნქცია აარის რამდენიმე ელექტრონ ვოლტი (1 eV = 1.602 10 -19 J). კვანტურ ფიზიკაში ელექტრონვოლტი ხშირად გამოიყენება როგორც ენერგიის ერთეული. პლანკის მუდმივის მნიშვნელობა, რომელიც გამოიხატება ელექტრონ ვოლტებში წამში, არის თ\u003d 4.136 10 -15 eV s.

ლითონებს შორის ტუტე ელემენტებს აქვთ ყველაზე დაბალი სამუშაო ფუნქცია. მაგალითად, ნატრიუმი ა= 1,9 ევ, რომელიც შეესაბამება ფოტოელექტრული ეფექტის წითელ საზღვარს λcr ≈ 680 ნმ. ამიტომ, ტუტე ლითონის ნაერთები გამოიყენება კათოდების შესაქმნელად ფოტოცელებში, რომლებიც შექმნილია ხილული სინათლის გამოსავლენად.

ასე რომ, ფოტოელექტრული ეფექტის კანონები მიუთითებს იმაზე, რომ სინათლე, როდესაც გამოსხივდება და შეიწოვება, იქცევა ნაწილაკების ნაკადად, რომელსაც ეწოდება ფოტონები ან სინათლის კვანტები.

ამრიგად, სინათლის დოქტრინა, რომელმაც დაასრულა რევოლუცია, რომელიც გაგრძელდა ორი საუკუნის განმავლობაში, კვლავ დაუბრუნდა სინათლის ნაწილაკების - კორპუსკულების იდეებს.

მაგრამ ეს არ იყო ნიუტონის კორპუსკულარული თეორიის მექანიკური დაბრუნება. მე-20 საუკუნის დასაწყისში გაირკვა, რომ სინათლეს აქვს ორმაგი ბუნება. სინათლის გავრცელებისას ჩნდება მისი ტალღური თვისებები (ინტერფერენცია, დიფრაქცია, პოლარიზაცია), ხოლო მატერიასთან ურთიერთობისას კორპუსკულარული (ფოტოელექტრული ეფექტი). სინათლის ამ ორმაგ ბუნებას ტალღა-ნაწილაკების ორმაგობა ეწოდება. მოგვიანებით, ორმაგი ბუნება აღმოაჩინეს ელექტრონებსა და სხვა ელემენტარულ ნაწილაკებში. კლასიკურ ფიზიკას არ შეუძლია მიკრო-ობიექტების ტალღური და კორპუსკულური თვისებების კომბინაციის ვიზუალური მოდელი. მიკრო ობიექტების მოძრაობა კონტროლდება არა კლასიკური ნიუტონის მექანიკის კანონებით, არამედ კანონებით. კვანტური მექანიკა. მ.პლანკის მიერ შემუშავებული სრულიად შავი სხეულის გამოსხივების თეორია და კვანტური თეორიააინშტაინის ფოტოელექტრული ეფექტი ამ თანამედროვე მეცნიერების ცენტრშია.

გარდა გარე ფოტოელექტრული ეფექტისა, რომელიც ჩვენ განვიხილეთ (ჩვეულებრივ, უბრალოდ ფოტოელექტრულ ეფექტს უწოდებენ), ასევე შეინიშნება შიდა ფოტოელექტრული ეფექტი დიელექტრიკებსა და ნახევარგამტარებში. იგი შედგება ელექტრონების გადანაწილებაში სინათლის მოქმედების გამო ენერგიის დონეები. ამ შემთხვევაში ელექტრონები გამოიყოფა მთელ მოცულობაში.

ეგრეთ წოდებული ფოტორეზისტორების მოქმედება ეფუძნება შიდა ფოტოელექტრული ეფექტს. წარმოქმნილი დენის მატარებლების რაოდენობა პროპორციულია ინციდენტის სინათლის ნაკადის. ამიტომ, ფოტორეზისტორები გამოიყენება ფოტომეტრიის მიზნებისთვის. სელენი იყო პირველი ნახევარგამტარი, რომელიც გამოიყენებოდა ამ მიზნით.

ბრინჯი. 2

ტერიტორიაზე რაიონიგარდამავალი ან ნახევარგამტარული ლითონის ზღვარზე, შეიძლება შეინიშნოს კარიბჭის ფოტოელექტრული ეფექტი. იგი შედგება ელექტრომამოძრავებელი ძალის წარმოქმნაში (ფოტო-ემფ) სინათლის მოქმედების ქვეშ. ნახ. 173 გვიჩვენებს ელექტრონების (მყარი მრუდი) და ხვრელების (დატეხილი მრუდი) პოტენციური ენერგიის მიმდინარეობას რეგიონში რაიონიგარდამავალი. მცირე მატარებლები ამ რეგიონისთვის (ელექტრონები შიგნით რ- უბნები და ხვრელები ნ-რეგიონები), რომლებიც წარმოიქმნება სინათლის მოქმედებით, გადის გარდამავალს. შედეგად, ში გვ-რეგიონში გროვდება ჭარბი დადებითი მუხტი ნ-რეგიონები - ზედმეტი უარყოფითი მუხტი. ეს იწვევს შეერთებაზე გამოყენებული ძაბვის გამოჩენას, რომელიც არის ფოტოელექტრომოძრავი ძალა. კერძოდ, ეს ეფექტი გამოიყენება მზის პანელების შესაქმნელად.