Maksimal energiya paydo bo'ladigan to'lqin uzunligi. Qora jismning nurlanish qonunlari

Fizika, kvant optikasi masalalarini yechish

Muammo 536. Qaysi to'lqin uzunligi energiya yorqinligining maksimal spektral zichligiga mos kelishini aniqlang (r l, T)max 1,3 * 10 11 Vt / m 3 ga teng.

Muammoning yechimi.

Mustaqil bajarish uchun vazifalar va nazorat ishlari, kvant optikasi

1. Eritma pechining ko'rish oynasidan chiqadigan Fe energiya oqimi 34 Vt. Ochilish maydoni S = 6 sm2 bo'lsa, pechning T haroratini aniqlang. (Javob: 1kK).

2. Sirius yulduzining yuqori qatlamlarining T harorati 10 kK. Ushbu yulduzning sirt maydoni S = 1 km2 dan nurlanadigan Fe energiya oqimini aniqlang. (Javob: 56,7 GVt).

3. Quyoshning yuqori qatlamlarining harorati 5,3 kK. Quyoshni qora jism deb hisoblab, Quyoshning energiya yorqinligining maksimal spektral zichligiga mos keladigan m to'lqin uzunligini aniqlang. (Javob: 547 nm).

4. Qora jismning termodinamik harorati T ikki marta ortishi bilan energiya yorqinligining maksimal spektral zichligini tashkil etuvchi to'lqin uzunligi m  = 400 nm ga kamaydi. T1 va T2 boshlang'ich va oxirgi haroratlarni aniqlang. (Javob: 3,62 kK; 7,24 kK).

5. Qora jismning T harorati 2 kK. Aniqlang: 1) to'lqin uzunligi  = 600 nm uchun energiya yorqinligining spektral zichligi (r, T); 2) energiya yorqinligi Re 1 = 590 nm dan 2 = 610 nm gacha bo'lgan to'lqin uzunligi oralig'ida. Faraz qilaylik, bu oraliqda tananing energiya yorqinligining o'rtacha spektral zichligi  = 600 nm to'lqin uzunligi uchun topilgan qiymatga teng. (Javob: 30 MVt/m2∙mm; 600 Vt/m2).

5. Muayyan jism uchun uning emissiyasi faqat  to’lqin uzunligi oralig’ida nolga teng. Agar belgilangan diapazonda tananing nurlanish kuchi doimiy qiymatga  teng bo'lsa, tananing energiya yorqinligini toping.

6. Quyosh nurlarining Yer yuzasi yaqinidagi intensivligi taxminan 0,1 Vt/sm2 ni tashkil qiladi. Yer orbitasining radiusi R3=1,5x108 km. Quyosh radiusi RC=6,96x108 m.Quyosh sirtining haroratini toping.

7. Yozda atmosfera orqali o'tadigan quyosh nurlanishining intensivligi taxminan 130 Vt / m2 ni tashkil qiladi. Radiatsiyaning bir xil intensivligini his qilish uchun quvvati 1 kVt bo'lgan elektr isitgichdan qanday masofada turish kerak. Elektr isitgichning barcha yo'nalishlarda teng ravishda nurlanishini taxmin qiling.

8. Quyosh 3.9.1026 J/s tezlikda energiya chiqaradi. Yer yuzasiga yaqin joyda quyosh nurlanishining intensivligi qanday? Yerdan Quyoshgacha bo'lgan masofa 150 million km.

9. Past haroratli fizikada sovutgichlar keng qo'llaniladi: harorati 4,2 K bo'lgan suyuq geliy va harorati 77 K bo'lgan suyuq azot. Qaysi to'lqin uzunliklari ushbu suyuqliklar bilan to'ldirilgan bo'shliqlarning termal nurlanishining maksimal quvvatini hisobga oladi. Bu nurlanishlar elektromagnit spektrning qaysi mintaqasiga tegishli?

10. Emissiyasi 0,9, nurlanish yuzasining maydoni 0,5 m2 bo'lgan 500S haroratgacha qizdirilgan jismning issiqlik nurlanish kuchi qanday?

11. Inson tanasining issiqlik nurlanishining kuchi nimada, joylashgan normal harorat 34 S? Tana yuzasi 1,8 m2.

12. Jismning ma'lum bir haroratda termal nurlanish kuchi 12 mVt. Xuddi shu jismning harorati ikki baravar oshirilsa, uning nurlanish kuchi qanday bo'ladi?

13. To'liq qora jismning nurlanishning maksimal spektral kuchi 25 mikron to'lqin uzunligiga to'g'ri keladi. Keyin tana harorati ko'tariladi, shunda tananing umumiy radiatsiya quvvati ikki baravar ko'payadi. Toping: a) yangi tana harorati; b) nurlanishning maksimal spektral zichligi tushadigan to'lqin uzunligi.

14. 100 Vt quvvatli lampochkaning diametri 0,42 mm va uzunligi 32 sm bo'lgan volfram filamenti mavjud.Volfram filamentining samarali singdiruvchanligi 0,22 ga teng. Filament haroratini toping.

15. Bizning koinotimizning tashqi fazosi Katta portlashdan qolgan fon kosmik nurlanish bilan to'ldirilgan. Ushbu nurlanishning maksimal spektral zichligi tushadigan to'lqin uzunligi 1,073 mm. Toping: a) bu nurlanishning harorati; b) Yerga tushadigan bu nurlanish kuchi.

16. Quyidagi ma'lumotlarga ko'ra uzoq yulduzning radiusini aniqlang: bu yulduzning Yerga yetib borishi nurlanishining intensivligi 1,71012 Vt/m2, yulduzgacha bo'lgan masofa 11 yorug'lik yili, sirt harorati. yulduz 6600 K.

17. 2500 K gacha qizdirilgan 10 sm2 sirt 10 soniyada 6700 J nur chiqaradi.Bu sirtning yutilish koeffitsienti nimaga teng?

18. 25 Vt quvvatli lampochkaning spirali 0,403 sm2 maydonga ega. Cho'g'lanma harorati 2177 K. Bu haroratda volframning yutilish koeffitsienti qanday?

19. Volfram filamenti vakuumda 1 A tok kuchi bilan 1000 K haroratgacha qizdiriladi. Uning harorati 3000 K bo'lishi uchun filament orqali qanday tok o'tkazish kerak? Issiqlik o'tkazuvchanligi va ipning chiziqli o'lchamlaridagi o'zgarishlar tufayli energiya yo'qotishlariga e'tibor bermang.

20. Termostat tarmoqdan 0,5 kVt quvvat sarflaydi. Uning ichki yuzasi diametri 5 sm bo'lgan ochiq dumaloq teshikdan nurlanish bilan aniqlangan harorat 700 K. Termostatning tashqi yuzasi qancha quvvat sarflaydi?

21. Diametri d1=0,1 mm bo'lgan volfram filamenti boshqa shunga o'xshash filament bilan ketma-ket ulangan. Filamentlar elektr toki bilan vakuumda qizdiriladi, shuning uchun birinchi filament T1=2000 K, ikkinchisi esa T2=3000 K. Ikkinchi ipning diametri qancha?

22. Qora jism sifatida musbat yoy kraterini olib, 695 nm dan 705 nm gacha to‘lqin uzunligi diapazonidagi nurlanish quvvatining umumiy nurlanish kuchiga nisbatini aniqlang. Ark kraterining harorati 4000 K.

23. 1=0,5 nm radiatsiya maksimal MAX ga mos keladigan to’lqin uzunligi yaqinida o’lchangan nurlanish kuchi =2MAX to’lqin uzunligi yaqinidagi 2 oralig’idagi nurlanish kuchiga teng. 2 oraliqning kengligini aniqlang.

24. To'liq qora jismning harorati T 2kK. Aniqlang: 1) to'lqin uzunligi =600 nm uchun r) nurlanish oqimining spektral zichligi; 2) 1=590 nm dan 2=610 nm gacha boʻlgan toʻlqin uzunligi diapazonida radiatsiya quvvati zichligi Re. Faraz qilaylik, bu oraliqdagi nurlanish oqimining o‘rtacha spektral zichligi =600 nm to‘lqin uzunligi uchun topilgan qiymatga teng.

25. Sirius yulduzining yuqori qatlamlarining T harorati 10 000 K. Bu yulduzning S = 1 km2 sirt maydonidan nurlanadigan F energiya oqimini aniqlang.

26. Quyoshning yuqori qatlamlarining harorati T 5300 K. Quyoshni absolyut qora jism deb hisoblab, aniqlang: a) maksimal spektral nurlanish zichligiga rMAX mos keladigan to‘lqin uzunligi m) ; b) rMAX ning qiymati).

27. Volfram filamenti vakuumda 1 A tok kuchi bilan 1000 K haroratgacha qizdiriladi. Uning harorati 3000 K bo'lishi uchun filament orqali qanday tok o'tkazish kerak? Volframning yutilish koeffitsientlari va uning T1 va T2 haroratlariga mos keladigan qarshiligi:

28. Massasi m=10 g, sirti S=200 sm2, harorati T0=600K bo‘lgan jism vakuumga joylashtirilgan. Agar tana sirtining yutilish qobiliyati =0,4 bo‘lsa, t=30 s vaqt ichida jism qanday T haroratgacha sovishini aniqlang. o'ziga xos issiqlik c = 350J/kg.K.

29. Quyosh konstantasi I, ya’ni Quyosh nurlariga perpendikulyar joylashgan va Quyoshdan Yer bilan bir xil masofada joylashgan birlik maydon orqali vaqt birligida Quyosh tomonidan yuboriladigan nurlanish energiyasi miqdorini toping. Quyosh sirtining harorati T=5800 K., Yerdan Quyoshgacha boʻlgan masofa L=1,51011 m.

30. T1=500 K dan T2=300 K gacha bo'lgan vakuumga joylashtirilgan mis shar qancha vaqt sovishini aniqlang. Shar radiusi R=1 sm, sirt yutish qobiliyati =0,8, misning solishtirma issiqlik sig'imi c=0,39 J/g.K , misning solishtirma og‘irligi =8,93 g/sm3.

31. 0 dan qizdirilganda volfram bo'lagi (juda o'tga chidamli metall) massasining 10-40% ga o'zgarishini qayd etish imkonini beruvchi sezgir tarozida o'lchash mumkinmi? 33000C gacha (o'rtacha o'ziga xos issiqlik sig'imi C = 120 J / kg darajaga teng deb hisoblanishi mumkin) ? (Javob: isitish vaqtida birlik massasining nisbiy o'sishi 4.4.10-12 bo'ladi, bu o'lchash uchun mavjud bo'lgan qiymatdan yuzlab marta kam).

32. Nima uchun isitilmaydigan xonada barcha jismlarning harorati bir xil bo'lishini tushuntiring.

33. Qora jismning energiya yorqinligi Re = 10 kVt/m2. Ushbu jismning energiya yorqinligining maksimal spektral zichligiga mos keladigan to'lqin uzunligini aniqlang. (Javob: 4,47 mikron).

34. Qora jismning energiya yorqinligining spektral zichligi maksimaliga mos keladigan to‘lqin uzunligi l1 = 720 nm dan l2 = 400 nm ga siljigan bo‘lsa, uning nurlanish kuchi qanday va necha marta o‘zgarishini aniqlang. (Javob: 10,5 barobar ortadi).

35. Qora jismni isitish natijasida energiya yorqinligining maksimal spektral zichligiga mos keladigan to'lqin uzunligi l1 = 2,7 mikrondan l2 = 0,9 mikronga o'tdi. Necha marta ortganini aniqlang: 1) tananing energiya yorqinligi; 2) tananing energiya yorqinligining maksimal spektral zichligi. Qora jismning energiya yorqinligining maksimal spektral zichligi rlT = CT5 qonuniga muvofiq ortadi, bu erda C = 1.3.10-5 Vt / (m3.K5). (Javob: 1) 81 marta; 2) 243 marta).

36. Qaysi to'lqin uzunligi 1.3.1011 (Vt / m2) / m ga teng bo'lgan energiya yorqinligi (rlT)max maksimal spektral zichligiga mos kelishini aniqlang (5.12-masalaga qarang). (Javob: 1,83 mkm).

37. Issiqlik yo'qotishlari faqat radiatsiya bilan bog'liq deb faraz qilib, diametri d \u003d 2 sm bo'lgan mis sharga qancha quvvat berilishi kerakligini aniqlang, shunda haroratda muhit Uning haroratini t = 17 °C ga teng saqlash uchun t0 = -13 °C. Misning yutilish qobiliyatini oling AT = 0,6. (Javob: 0,107 Vt).

38. Agar nurlanish pirometri Trad = 2,5 kK haroratni ko'rsatsa, issiq volfram lentasining haqiqiy harorati T ni hisoblang. Faraz qilaylik, volframning yutish qobiliyati nurlanish chastotasiga bog'liq emas va a=0,35 ga teng.

39. Harorati T=1000 K bo‘lgan to‘liq qora jismning S=l sm2 maydonidan t=1 min vaqt ichida chiqarilgan energiyani hisoblang.

40. Qora tananing harorati T1 = 500 K. Agar qizdirish natijasida nurlanish oqimi n = 5 marta oshsa, tananing T2 harorati qanday bo'ladi?

41. To'liq qora jismning maksimal nurlanish energiyasini tashkil etuvchi to'lqin uzunligi, m=0,6 mikron. Tananing T haroratini aniqlang.

42. To'liq qora tananing harorati T \u003d 2 kK. Maksimal nurlanish energiyasini hisoblaydigan to'lqin uzunligi m ni va bu to'lqin uzunligi uchun energiya yorqinligining spektral zichligini (r,T)max aniqlang.

43. Qora jismning nurlanish spektrida 1 nm uchun hisoblangan energiya yorqinligining maksimal spektral zichligini (r, T)maks aniqlang. Tana harorati T=1 K.

44. Maksimal nurlanish energiyasi m = 600 nm to‘lqin uzunligiga to‘g‘ri kelsa, to‘liq qora jismning temperatura T va energiya yorqinligi Re ni aniqlang.

45. Pechning ko'rish oynasidan Fe = 4 kJ / min oqim chiqariladi. Agar deraza maydoni S=8 sm2 bo'lsa, pechning T haroratini aniqlang.

46. ​​To'liq qora jismning nurlanish oqimi Fe \u003d 10 kVt. Maksimal nurlanish energiyasi m=0,8 mkm to‘lqin uzunligiga to‘g‘ri keladi. Nurlanish sirtining S maydonini aniqlang.

47. Maksimal nurlanish energiyasi ko‘rinadigan spektrning qizil chegarasidan (m1=780 nm) binafsha rangga (m2=390 nm) o‘tsa, to‘liq qora jismning nurlanish oqimi qanday va necha marta o‘zgaradi?

48. Kulrang jismning yutilish qobiliyatini aniqlang, buning uchun nurlanish pirometri bilan o'lchanadigan harorat Trad = 1,4 kK, tananing haqiqiy harorati T esa 3,2 kK.

49. ^ P \u003d 1 kVt quvvat sarflaydigan mufelli pechning maydoni S \u003d 100 sm2 bo'lgan teshikka ega. Agar uning ichki yuzasi harorati 1 kK bo'lsa, o'choq devorlari tomonidan tarqaladigan quvvatning  qismini aniqlang.

50. Yer yuzasining o'rtacha energiya yorqinligi ^ R 0,54 J / (sm2 min). Agar u qoralik koeffitsienti a = 0,25 bo'lgan kulrang jism sifatida nurlanishni shartli deb hisoblasak, Yer yuzasining harorati T qanday bo'lishi kerak?

51. Absolyut qora jismning harorati 500 K. Agar qizdirish natijasida nurlanish oqimi 5 marta oshsa, tananing harorati qanday bo'ladi? Plank formulasiga asoslanib, nurlanishning dastlabki va yakuniy spektrlarini grafik tarzda tasvirlang.

52. To'liq qora jismning harorati 2000 K. Radiatsiya energiya spektrining maksimali tushadigan to'lqin uzunligini va bu to'lqin uzunligi uchun energiya yorqinligining spektral zichligini aniqlang.

53. Agar nurlanish spektrining maksimal energiyasi 600 nm to‘lqin uzunligiga to‘g‘ri kelsa, to‘liq qora jismning harorati va energiya yorqinligini aniqlang.

54. Pechning ko'rish oynasidan 4 kJ / min oqim chiqariladi. Oynaning maydoni 8 sm2 bo'lsa, pechning haroratini aniqlang.

55. To'liq qora jismning nurlanish oqimi 10 kVt, nurlanish spektrining maksimali 0,8 mikron to'lqin uzunligiga to'g'ri keladi. Chiqaruvchi sirt maydonini aniqlang.

56. Ko'rinadigan nurlanish spektrining maksimali spektrning qizil chetidan 780 nm da binafsha rangga 390 nm da harakatlansa, butunlay qora jismning nurlanish oqimi qanday va necha marta o'zgaradi?

57. Agar Quyosh spektrida energiya yorqinligining maksimal spektral zichligi 0,5 mkm to'lqin uzunligiga to'g'ri kelsa, Yer yaqinida uning atmosferasidan tashqarida quyosh nurlanishining intensivligini (radiatsiya oqimining zichligi) aniqlang.

58. Harorati 700S bo‘lgan isitgichning 0,5 m2 maydonidan bir sutkada nurlanish energiyasini (kVt/soat) hisoblang. Isitgichning assimilyatsiya koeffitsienti 0,3 bo'lgan kulrang tana sifatida nurlanishini hisobga oling.

59. Yer yuzasining o'rtacha energiya yorqinligi 0,54 J / (sm2min). Yer yuzasining yutilish koeffitsienti 0,25 bo‘lgan kulrang jism sifatida nurlanishini nazarda tutsak, uning o‘rtacha harorati qancha bo‘ladi?

60. 1 kVt quvvat sarflaydigan pech 100 sm2 maydonga ega bo'lgan teshikka ega. Agar pechning ichki yuzasi harorati 1000 K bo'lsa, o'choq devorlari tomonidan tarqaladigan quvvatning ulushini aniqlang.

61. To'liq qora jism soviganida uning emissiya spektrining maksimali 500 nm ga siljiydi. Tana necha daraja sovib ketgan? Dastlabki tana harorati 2000 K.

62. Diametri 10 sm bo'lgan to'p shaklidagi mutlaqo qora tana 15 kkal / min. To'pning haroratini toping.

63. Mutlaq qora jism diametri 1 sm bo'lgan kichik teshikli bo'shliq shakliga ega.Tanani isitish 0,1 kVt quvvat sarflaydigan elektr spiral orqali amalga oshiriladi. Teshikdan chiqadigan nurlanishning muvozanat haroratining qiymatini aniqlang, agar bo'shliq devorlari quvvatning 10% ni yo'qotsa.

64. Quyosh nurlanish uchun 1 s ichida qanday massani yo‘qotadi? Quyoshning massasi 1% ga kamayadigan vaqtni ham hisoblang.

65. Mutlaqo qora sirtli diametri 10 sm bo‘lgan shar 5 soatdan so‘ng nurlanish ta’sirida qanday haroratgacha sovishini aniqlang, agar uning boshlang‘ich harorati 300 K bo‘lsa. Shar materialining zichligi 104 kg/m3, issiqlik quvvati 0,1 kal / (g deg). Atrof-muhit radiatsiyasiga e'tibor bermang.

66. Sirt maydoni 120 m2, harorati - (- 500C) va yutilish koeffitsienti - 0,3 bo'lgan kosmik stantsiya chiqaradigan issiqlik quvvatini hisoblang. Atrof-muhit radiatsiyasiga e'tibor bermang.

67. Xonadagi harorat 200C, tashqi havo harorati 00C bo'lsa, derazadan qanday quvvat tarqaladi? Oynaning assimilyatsiya koeffitsienti 0,2 ga teng deb hisoblanadi va uning maydoni 2 m2 ni tashkil qiladi.

68. Uzunligi 10 sm va diametri 1 mm bo'lgan elektr chiroqning volfram filamentini 3000 K haroratgacha qizdirish uchun zarur bo'lgan quvvatni aniqlang. Issiqlik o'tkazuvchanligi va konveksiya tufayli issiqlik yo'qotishlariga e'tibor bermang.

69. Volfram filamenti vakuumda 1,0 A tok bilan 1000 K haroratgacha qizdiriladi. Tokning qaysi kuchida filament 3000 K haroratgacha qiziydi? Tegishli yutilish koeffitsientlari 0,115 va 0,334 ni tashkil qiladi va qarshilikning harorat koeffitsienti 4,103 Ohm m / deg deb qabul qilinadi.

70. Kichik sharsimon metall meteorit Yerga yaqin koinotda quyosh nuridan qanday haroratgacha qiziydi?

71. Turli diametrli va bir xil materialdan tayyorlangan ikkita shar bir xil haroratgacha qizdiriladi, shuning uchun ularning emissiya spektrining bir qismi ko'rinadigan diapazonda bo'ladi. To'plar kuzatuvchidan bir xil masofada joylashgan. Qaysi to'p (kattaroq yoki kichikroq) yaxshiroq ko'rinadi va nima uchun?

72. Agar siz devorlarining harorati doimiy bo'lgan bo'shliqning ichiga qarasangiz, unda hech qanday tafsilotlar ko'rinmaydi. Nega?

73. Betelgeuse - Orion yulduz turkumidagi yulduz - sirt harorati quyoshdan ancha past. Biroq, bu yulduz Quyoshdan ko'ra kosmosga ko'proq energiya chiqaradi. Bu qanday bo'lishi mumkinligini tushuntiring.

74. 100 Vt quvvatga ega lampochka o'z energiyasining faqat bir necha foizini ko'rinadigan diapazonda chiqaradi. Qolgan energiya qaerga ketadi? Ko'rinadigan diapazondagi radiatsiya energiyasini qanday oshirish mumkin?

75. Mutlaq harorati nolga teng bo'lmagan har qanday jism energiya chiqaradi, ammo qorong'uda hamma jismlar ko'rinmaydi. Nega?

76. Barcha issiq jismlar qonunga bo'ysunadimi: bu erda k koeffitsienti tananing materialiga va uning haroratiga bog'liqmi?

77. Inson tanasining termal nurlanishining kuchi taxminan 1 kVtni tashkil qiladi. Nega odam qorong'uda ko'rinmaydi?

78. Ikkita bir xil jismning harorati bir xil, lekin ulardan biri ikkinchisiga qaraganda sovuqroq jismlar bilan o'ralgan. Ushbu jismlarning radiatsiya quvvatlari bu sharoitda teng bo'ladimi?

79. Nima uchun qizdirilganda tananing rangi o'zgaradi?

80. Agar bu jism sirti jismnikidan kattaroq, lekin jism bilan bir xil quvvatga ega bo‘lgan absolyut yutuvchi qobiq bilan o‘ralgan bo‘lsa, to‘liq qora jismning maksimal nurlanish kuchiga mos keladigan to‘lqin uzunligi qanday o‘zgaradi?

81. Butunlay qora jismning harorati ikki barobarga oshdi. Uning energiya yorqinligi necha marta oshdi?

82. Nima uchun uylarning xonalarida yorug' bo'lsa-da, kunduzi bizga uylarning yoritilmagan derazalari qorong'i bo'lib tuyuladi?

83. To'liq qora jismning harorati ikki barobar oshirilsa, uning energiya yorqinligi necha marta o'zgaradi?

84. To'liq qora jismning sirt maydoni ikki barobar oshirilsa, uning nurlanish kuchi necha marta o'zgaradi?

85. To'liq qora jismning maksimal emissiya qobiliyatini ta'minlovchi to'lqin uzunligi ikki baravar kamaydi. Bu holda emissiyaning radiatsiya to'lqin uzunligiga bog'liqligini tavsiflovchi egri chiziq bilan chegaralangan maydon qanday o'zgaradi? Bu hudud: a) kamayadimi? b) oshirish? Necha marta?

86. Mutlaq qora jismning yarmi ikki marta sovutilsa, ikkinchi yarmining harorati ikki barobar kamaytirilsa, uning nurlanish energiyasining umumiy miqdori qanday o'zgaradi?

87. Qora jism T = 1000 K haroratgacha qizdiriladi. Radiatsiya quvvati maksimal qaysi to'lqin uzunligida bo'ladi?

88. Qora jism T = 1000 K haroratgacha qizdiriladi. Nurlanish kuchi qaysi chastotada maksimal bo'ladi?

89. Radiusi R = 1 sm bo'lgan to'p T = 1000 K haroratgacha qizdirilgan. To'pning nurlanishini qora deb hisoblab, ushbu sharning kosmosga chiqargan umumiy quvvatini aniqlang.

90. Radiusi R = 1 sm bo'lgan yupqa disk T = 1000 K haroratgacha qizdiriladi. Diskning nurlanishini qora deb hisoblab, ushbu diskdan kosmosga tarqaladigan umumiy quvvatni aniqlang.

91. Radiusi R = 1 sm bo'lgan shar T = 1000 K haroratgacha qizdiriladi. To'pning nurlanishini qora deb hisoblab, l = 10 m masofada joylashgan bir xil shar qanday quvvatni yutishini aniqlang. isitiladiganidan.

92. Radiusi R = 1 sm bo'lgan yupqa disk T = 1000 K haroratgacha qizdiriladi. Diskning nurlanishi qora rangda ekanligini hisobga olib, l = masofada joylashgan bir xil disk qancha quvvatni yutishini aniqlang. Ularning o'qlari mos kelishi va tekisliklari parallel bo'lishi uchun qizdirilgandan 10 m masofada.

93. Quyosh va Yerni mutlaqo qora jismlar deb hisoblab, quyosh nuri ta’sirida Yer qanday haroratgacha qizishini aniqlang. Quyosh sirtining harorati T=6000 K, Quyoshdan Yergacha bo'lgan masofa L=1,51011 m, Quyosh radiusi RC= 7108 m, deb faraz qilingan. Yerning radiusi RZ=6,4106 m.Yer atmosferasining ta’siriga e’tibor bermang.

94. Atmosferaning yuqori qatlamlarida quyosh nurlanishining intensivligi 1,37103 Vt/m2 ni tashkil qiladi. Atmosferaning ta'sirini e'tiborsiz qoldirib, Yer butunlay qora jism sifatida nurlanadi, deb faraz qilib, quyosh radiatsiyasi ta'sirida Yerning qaysi haroratgacha qizishini aniqlang.

95. 1983 yilda sun'iy yo'ldoshga o'rnatilgan infraqizil teleskop Vega yulduzi atrofida qattiq zarrachalar bulutini topdi, uning maksimal nurlanish kuchi to'lqin uzunligi 32 mikron. Bulutning nurlanishini qora deb hisoblab, uning haroratini aniqlang.

96. Maksimal nurlanish quvvatiga to'g'ri keladigan to'lqin uzunligini hisoblang va elektromagnit spektrning mintaqasini aniqlang: a) 2,7 K haroratli fon kosmik nurlanish; b) 34 S haroratli inson tanasi; v) volfram filamenti 1800K gacha qizdirilgan elektr lampochka; d) sirt harorati 5800 K bo'lgan Quyosh; e) 107K haroratda sodir bo'ladigan termoyadro portlashi; f) Katta portlashdan keyin darhol 1038 K haroratda olam.

97. Harorati 2,7K bo'lgan fon kosmik nurlanishini aniqlash uchun radioteleskopning qabul qilish sxemasi qanday chastotaga sozlanishi kerak?

98. Devorlari 1900K haroratgacha qizdirilgan bo'shliqda diametri 1 mm bo'lgan kichik teshik ochiladi. Bu teshikdan radiatsiya energiyasining oqimi qanday bo'ladi?

99. Lampochkadagi volfram filamentining harorati odatda taxminan 3200 K ni tashkil qiladi. Filament mutlaq qora jism sifatida nurlanadi deb faraz qilsak, nurlanishning maksimal spektral quvvati tushish chastotasini aniqlang.

100. Lampochkadagi volfram filamentining harorati odatda taxminan 3200 K ni tashkil qiladi. Filament butunlay qora jism sifatida nurlanadi deb faraz qilib, lampochkaning nurlanish kuchini aniqlang. Volfram filamentining diametri 0,08 mm, uzunligi 5 sm.

101. Ichidagi harorat 215 S bo'lgan pech 26,2 S doimiy harorat saqlanadigan xonada joylashgan. Pechda 5,2 sm2 maydonga ega kichik teshik qilingan. Bu teshikdan chiqadigan nurlanish kuchi qanday?

102. 100 Vt quvvatli lampochkaning spirali diametri 0,28 mm va uzunligi 1,8 m bo'lgan volfram filamentidir.Spiralning nurlanishini qora ekanligini hisobga olib, hisoblang: a) filamentning ish harorati; b) lampochka o'chirilgandan keyin ipning 500 S gacha sovishi vaqti. Volframning solishtirma og‘irligi 19,3 g/sm3, issiqlik sig‘imi 0,134 J/g S.

103. To'liq qora jismning to'lqin uzunligi 400 nm bo'lgan nurlanishining spektral zichligi 200 nm to'lqin uzunligiga qaraganda 3,5 marta katta. Tana haroratini aniqlang.

104. To'liq qora jismning to'lqin uzunligi 400 nm bo'lgan nurlanishining spektral zichligi 200 nm to'lqin uzunligiga qaraganda 3,5 marta kam. Tana haroratini aniqlang.

105. To'liq qora jismning nurlanish kuchi P = 100 kVt. Agar maksimal nurlanish tushadigan to'lqin uzunligi 700 nm bo'lsa, tananing nurlanish yuzasining maydoni qancha?

106. Tana haroratining o‘zgarishi tufayli uning spektral energiya yorqinligi maksimal to‘lqin uzunligi =2,5 mkm dan =0,125 mkm gacha ko‘chdi. Tanani mutlaq qora deb hisoblab, necha marta o'zgarganligini aniqlang: a) tana harorati; b) spektral energiya yorqinligining maksimal qiymati; c) integral energiya yorqinligi.

107. Absolyut qora jismning maksimal spektral energiya yorqinligi (]max=4,16x1011 Vt/m2). To'lqin uzunligi qanday?

108. 500 nm to‘lqin uzunligi uchun 3000 K gacha qizdirilgan qora jismning spektral energiya yorqinligini hisoblang.

109. Quyidagi to‘lqin uzunliklari uchun qora jismning nurlanish spektral kuchlarining qiymatlarini aniqlang: =MAX, =0,75MAX, =0,5MAX, =0,25 Tana harorati 3000 K.

110. Radiusi R = 10 sm bo'lgan sharning ma'lum bir doimiy haroratda T nurlanish kuchi P 1 kVt ga teng. To'pni yutilish koeffitsienti =0,25 bo'lgan kulrang jism sifatida ko'rib, bu haroratni toping.

111. Issiqlik nurlanishining ikkita mutlaqo qora manbalari mavjud. Ulardan birining harorati T1=2500 K. Agar uning maksimal nurlanish kuchiga to‘g‘ri keladigan to‘lqin uzunligi birinchi manbaning maksimal nurlanish kuchiga to‘g‘ri keladigan to‘lqin uzunligidan =0,50 mkm katta bo‘lsa, boshqa manbaning haroratini toping. .

112. Quyosh 1 daqiqada qancha energiya chiqaradi? Quyosh nurlanishi butunlay qora jismning nurlanishiga yaqin hisoblanadi. Quyosh sirtining harorati 58000 K ga teng qabul qilingan. Quyoshning radiusi Rc=7,108 m.

113. Absolyut qora jism T1=29000K haroratda. Bu jismning sovishi natijasida energiya yorqinligining maksimal spektral zichligini ta'minlovchi to'lqin uzunligi =9 mkm ga o'zgargan. Tana qanday harorat T2 gacha soviydi?

114. To'p shaklidagi sun'iy yo'ldosh Yer atrofida shunday balandlikda harakat qiladiki, quyosh nurlarining yutilishini e'tiborsiz qoldirish mumkin. Sun'iy yo'ldoshning diametri d=40 m.Yo'ldosh yuzasi yorug'likni to'liq aks ettiradi deb faraz qilib, quyosh nurining sun'iy yo'ldoshga bo'lgan bosim kuchini F aniqlang. Quyosh radiusi Rc=7108m. Yerdan Quyoshgacha bo'lgan masofa L=1,5,1011 m. Quyosh sirtining harorati T=60000K.

115. Absolyut qora jismning harorati ortishi bilan uning integral energiya yorqinligi 5 marta oshdi. Radiatsiyaning maksimal spektral zichligiga to'g'ri keladigan to'lqin uzunligi necha marta o'zgargan?

116. To'liq qora jismning nurlanish kuchi 34 kVt. Agar uning yuzasi 0,6 m2 ekanligi ma'lum bo'lsa, bu jismning haroratini toping.

117. Absolyut qora jism 10 sm2 sirtdan 1 minutda qancha energiya chiqarishini toping, agar uning energiya yorqinligining maksimal spektral zichligi 4840 A to‘lqin uzunligiga to‘g‘ri kelishi ma’lum bo‘lsa.

118. Pechning temperaturasini toping, agar uning o'lchami 6,1 sm2 bo'lgan teshikdan 1 min 50 J da nurlanishi ma'lum bo'lsa. To'liq qora jismning nurlanishiga yaqin nurlanishni ko'rib chiqing.

119. To'liq qora jismning energiya yorqinligi R 10 kVt/m2 bo'lgan harorat T ni aniqlang.

120. Quyoshning spektral tarkibidagi nurlanishi absolyut qora jismning nurlanishiga yaqin bo'lib, buning uchun maksimal nurlanish 0,48 mikron to'lqin uzunligiga to'g'ri keladi. Quyosh sirtining haroratini toping.

121. Harorati 1% ga ortganda butunlay qora jismning nurlanish kuchining R/R nisbiy ortishini aniqlang.

122. Erituvchi pechning harorati T=1200K bo‘lsa, uning maydoni S=8 sm2 bo‘lgan ko‘rish oynasidan t=1 min vaqt davomida nurlanish Vt energiyasini aniqlang.

123. Nurlanishning maksimal spektral zichligi rMAX bo'lgan to'liq qora jismning T haroratini aniqlang); ko'rinadigan spektrning qizil chegarasiga tushadi (1=750 nm).

124. Yer yuzasidan 1 sm2 dan 1 minut davomida nurlanish natijasida yo'qotilgan energiyaning o'rtacha qiymati 5,4x10-8 J. Bir xil miqdorda energiya chiqaradigan absolyut qora jism qanday haroratga ega bo'lishi kerak?

125. O'zgaruvchan tok bilan ishlaydigan 15 Vt lampochkaning soch harorati volfram filamentining eng yuqori va eng past cho'g'lanma harorati o'rtasidagi farq 80 ° S ni tashkil etadigan darajada o'zgarib turadi. Harorat tufayli umumiy radiatsiya quvvati necha marta o'zgaradi. tebranishlar, agar uning o'rtacha qiymati 2300K bo'lsa? Qabul qiling, volfram qora tana sifatida tarqaladi.

126. Muffle pechi P = 0,5 kVt quvvat sarflaydi. Diametri d = 5 sm bo'lgan ochiq teshikli uning ichki yuzasi harorati 700 S. Quvvat iste'molining qaysi qismi devorlar tomonidan tarqaladi?

127. Radionaychalar ishlaganda anod elektronlar bilan bombardimon qilinishi tufayli isitiladi. Anod energiyani faqat nurlanish shaklida tarqatadi deb faraz qilib, 40 V kuchlanishda ishlaydigan chiroqda ruxsat etilgan anod oqimini aniqlang.Nikel anodining uzunligi 4 sm va diametri 1 sm bo'lgan silindr shakliga ega Ruxsat etilgan harorat anodni isitish mumkin bo'lgan 1000K. Bu haroratda nikel qora jismning nurlanish kuchining atigi 20% ini chiqaradi.

128. Maydoni 2 m2 bo'lgan panjara temir devorlar bilan o'ralgan. Panjara ustidagi ko'mirning harorati 1300K, devorlarning harorati 600K. Ko'mir va oksidlangan temirning assimilyatsiya koeffitsientlarini 0,9 ga teng deb hisoblash mumkin. 1 soat ichida panjaradan devorlarga nurlanish orqali o'tkaziladigan issiqlik miqdorini hisoblang.

129. Ichkarida quyosh sistemasi Quyoshdan Yer bilan bir xil masofada sharsimon shakldagi zarracha mavjud. Quyosh 6000K haroratli absolyut qora jism sifatida nurlanadi va zarracha harorati uning barcha nuqtalarida bir xil bo‘ladi deb faraz qilib, agar zarracha kulrang jismga xos xususiyatga ega bo‘lsa, uning haroratini aniqlang. Quyoshdan Yergacha bo'lgan masofa L=1,51011 m.Quyosh radiusi RC=7108 m.

130. Quyosh sistemasi ichida Quyoshdan Yer bilan bir xil masofada sharsimon zarracha mavjud. Quyosh 6000 K haroratli absolyut qora jism sifatida nurlanishi va zarrachaning barcha nuqtalaridagi harorati bir xil deb faraz qilib, agar zarracha faqat to‘lqin uzunligi 500 nm bo‘lgan nurlarni yutsa va chiqaradigan bo‘lsa, uning haroratini aniqlang. Quyoshdan Yergacha bo'lgan masofa L=1,51011 m.

131. Quyosh sistemasi ichida Quyoshdan Yer bilan bir xil masofada sharsimon zarracha mavjud. Quyosh 6000 K haroratli mutlaq qora jism sifatida nurlanishini va zarrachaning barcha nuqtalaridagi harorati bir xil deb faraz qilib, agar zarracha faqat to‘lqin uzunligi 5 mkm bo‘lgan nurlarni o‘zlashtirib, chiqaradigan bo‘lsa, uning haroratini aniqlang. Quyoshdan Yergacha bo'lgan masofa L=1,51011 m.

132. Afeliydan o'tayotgan Yer Quyoshdan perigeliydan o'tgandan 3,3% uzoqroqda joylashgan. Erni o'rtacha harorati 288 K bo'lgan kulrang jism sifatida olib, afeliy va perigeliyda yerning harorat farqini aniqlang.

133. Lampochkada diametri d = 0,05 sm bo'lgan volfram filamenti ish paytida T1 = 2700 K haroratgacha qiziydi. Tok o'chirilgandan keyin qancha vaqt ichida filamentning harorati T2 = 600 ga tushadi. K? Hisoblashda filament assimilyatsiya koeffitsienti 0,3 bo'lgan kulrang tana sifatida nurlanishini taxmin qiling. Volframning solishtirma og‘irligi 19,3 g/sm3, issiqlik sig‘imi esa 0,134 J/g C.

134. 25 Vt quvvat sarflaydigan elektr lampochka radiusi R \u003d 15 sm bo'lgan shar shakliga ega bo'lgan qog'ozli lampochkaga o'ralgan. Abajur qanday haroratgacha qiziydi? Chiroq tomonidan iste'mol qilinadigan barcha quvvat radiatsiyaga o'tishini va abajurning kulrang tanasi sifatida nurlanishini hisobga oling.

135. 100 vatt quvvat sarflaydigan elektr lampochkasi radiusli to'pga o'xshash qog'oz abajurga o'ralgan. Qog'oz yonib ketmasligi uchun abajurning minimal radiusi qancha bo'lishi kerak? Chiroq tomonidan iste'mol qilinadigan barcha quvvat radiatsiyaga o'tishini va abajurning kulrang tanasi sifatida nurlanishini hisobga oling. Qog'ozning yonish harorati 250 ° C.

136. Maksimal nurlanishga mos keladigan to‘lqin uzunligidan 1% farq qiladigan to‘lqin uzunliklari uchun absolyut qora jism sirtining 1 sm2 nurlanish quvvatini aniqlang. Tana harorati 2000 K.

137. To‘lqin uzunligi 695 mkm dan 705 mkm gacha (qizil maydon) va 395 mkm dan 405 mkm gacha bo‘lgan to‘lqin uzunligi diapazonida to‘liq qora jism yuzasining 1 sm2 nurlanish kuchlarining nisbatini aniqlang (bo‘lim). siyohrang). Tana harorati 4000K.

138. Devorlari ichi qorayib, tashqarisi yaltiroq bo‘lgan bo‘shliqdagi kichik teshikka diametri d=3 sm bo‘lgan linza yordamida Quyosh nurlari yig‘iladi. Bo'shliqning ochilishi linzaning diqqat markazida. Bo'shliq ichidagi haroratni aniqlang. Atmosferadan o'tadigan quyosh nurlanishining intensivligi taxminan 130 Vt/m2 deb faraz qiling.

139. Haroratlari T1=1000K va T2=500K bo'lgan ikkita qora rangdagi emitent mavjud. Nimaga teng: a) emissiya spektrida maksimalni tashkil etuvchi to'lqin uzunliklarining max,1 / max,2 nisbati; b) ikkita jismning maksimal nurlanish kuchining nisbati rmax1,T1)/rmax2,T2). Bitta grafikda ikkita emitent uchun r,T sifat bog‘liqligini ko‘rsating.

140. Absolyut qora jismning termodinamik harorati T 2 marta ortishi bilan nurlanishning maksimal spektral zichligini tashkil etuvchi to‘lqin uzunligi m =400 nm ga o‘zgardi. T1 va T2 boshlang'ich va oxirgi haroratlarni aniqlang.

141. Quyosh bilan Venera va Yer sayyoralari orasidagi masofa mos ravishda RV=1,1x108 km, RZ=1,5x108 km. Yer va Venerani mutlaqo qora jismlar, atmosferadan mahrum bo'lgan holda, agar Yer 20 ° C gacha qizisa, Venera quyosh nuri ta'sirida qanday haroratgacha qizishini aniqlang.

142. Quyoshning spektral tarkibidagi nurlanishi absolyut qora jismning nurlanishiga yaqin, buning uchun maksimal nurlanish =0,48 mikron to‘lqin uzunligiga to‘g‘ri keladi. Quyosh tomonidan radiatsiya ta'sirida har soniyada yo'qolgan massani toping. Quyosh massasi 1% ga kamayishi uchun zarur bo'lgan vaqtni hisoblang.

143. 6,1011 Vt / m3 ga teng bo'lgan to'liq qora tananing emissiyasining maksimal qiymatini hisobga olgan to'lqin uzunligini aniqlang.

144. Qora sirtli plastinka vakuumda tushayotgan nurlarga perpendikulyar joylashtiriladi. Plastinka yuzasining harorati 500K ga o'rnatilgan bo'lsa, 1 minutda plastinka yuzasining 1 sm2 ga yutilgan E energiyasini aniqlang.

145. Qutb yulduzi va Sirius yulduzi uchun nurlanishning maksimal spektral zichligiga mos keladigan to‘lqin uzunligi mos ravishda teng: P=0,35 mkm, S=0,29 mkm. Bu yulduzlarning sirtlari haroratini va ularni mutlaqo qora jismlar deb hisoblagan holda, bu yulduzlarning birlik yuzasidan nurlanishning integral va spektral (maksimal) quvvatlarining nisbatini hisoblang.

146. Lampochkadagi volfram spiralining diametri d=0,3 mm, spiral uzunligi l=5 sm.127 V kuchlanishda lampochkadan 0,31 A tok o’tadi.Temperaturasi qanday? Agar energiya faqat termal nurlanish tufayli yo'qolsa, spiralning. Volframni yutish koeffitsienti T=T, bu erda .

147. Vakuumda joylashgan va 1,4103 Vt/m2 nurlanish energiyasi oqimiga perpendikulyar joylashgan absolyut qora plastinkaning barqaror holatdagi haroratini hisoblang. Topilgan haroratda nurlanishning maksimal spektral zichligi qaysi to'lqin uzunligiga to'g'ri kelishini aniqlang.

148. Quyoshni absolyut qora jism deb faraz qilib, radiatsiya ta’sirida Quyosh massasining 1 yil ichida kamayishini toping. Quyosh sirtining haroratini 5800 K ga teng qilib oling.

149. To‘liq qora jismning nurlanish kuchining maksimal qiymatini toping, agar u to‘lqin uzunligi =1,45 mikronga to‘g‘ri kelsa.

150. Absolyut qora jismning harorati T1=500 K dan T2=1500 K gacha oshgan. Bu necha marta o zgargan: a) tana sirtining bir birligi vaqt birligida chiqaradigan energiya; b) energiyaning yorqinligi; c) emissiyaning maksimal qiymati; d) nurlanishning maksimal spektral zichligi tushadigan to'lqin uzunligi; e) nurlanishning maksimal spektral zichligi tushish chastotasi?

151. Agar nurlanish pirometri TR=2500 K haroratni ko'rsatsa, issiq volfram spiralining haqiqiy harorati T ni hisoblang.Volframning yutilish koeffitsienti chastotaga bog'liq emas va =0,35 ga teng.

152. Agar nurlanish pirometri TR=2500 K haroratni ko'rsatsa, issiq volfram lasanining haqiqiy harorati T ni hisoblang. Volframning yutilish koeffitsienti T=T, bunda ...

153. Quyosh sistemasi ichida Quyoshdan Yer bilan bir xil masofada radiusi R=0,1 m bo‘lgan kichik tekis disk mavjud.Diskni mutlaq qora jism sifatida ko‘rib, Quyoshni absolyut nurlanish deb faraz qilsak. 6000 K haroratli qora tana, diskning haroratini aniqlang. Quyoshdan Yergacha bo'lgan masofa L=1,5,1011 m.

154. To'liq qora jismning harorati 2000 K. Spektrning ko'rinadigan qismiga (400 nm dan 700 nm gacha) nurlanadigan energiya oqimining qancha qismi tushishini hisoblang.

155. Quyosh energiyasi Yerga oqib kelmay qolsa, 100 yil ichida Yer harorati qay darajada pasayadi? Yerning radiusi 6400 km; solishtirma issiqlik quvvati 200 J/kgK, zichligi 5500 kg/m3; o'rtacha sirt harorati 280 K, yutilish koeffitsienti 0,8.

156. Mutlaq qora jismning energiya yorqinligi 3 Vt/sm2 ga teng. Tananing harorati va tananing maksimal emissiyasi tushadigan to'lqin uzunligini aniqlang.

157. Agar uning kuchi doimiy bo‘lib qolsa, issiqlik nurlanishi ta’sirida Quyoshning massasi qancha vaqtdan keyin ikki baravar kamaygan bo‘lar edi? Quyosh sirtining harorati 5800K ga teng qabul qilinadi va Quyosh mutlaqo qora jism hisoblanadi.

158. Tana harorati 1000K dan 2000K gacha ortishi bilan =5 mkm ga yaqin to‘lqin uzunliklarining kichik diapazonida absolyut qora jismning energiya yorqinligi necha marta o‘zgaradi?

159. Absolyut qora jismning harorati 2000 K. Agar maksimal nurlanishni tashkil etuvchi to‘lqin uzunligi 9 mikronga o‘zgargan bo‘lsa, jism qaysi haroratgacha sovib ketgan va jismning nurlanish kuchining maksimal qiymati qanchaga o‘zgargan?

160. T0 = 300 K haroratgacha qizdirilgan diametri d = 1,5 sm bo'lgan to'p havo evakuatsiya qilingan idishga joylashtirildi. Idishning harorati 77 K da saqlanadi. Sharning sirtini mutlaq qora deb hisoblab, qancha vaqtdan keyin uning harorati ikki baravar kamayishini toping. Shar materialining zichligi 700 kg/m3, issiqlik quvvati C=300 J/kgK.

161. Agar filamentning nurlanish yuzasi S=0,4 sm2, volframning yutilish koeffitsienti T=T, bu yerda  bo‘lsa, 25 Vt quvvatli cho‘g‘lanma lampaning volfram filamentining haroratini toping.  K.

162. U=2 V kuchlanish uchun mo`ljallangan cho`g`lanma lampaning sochi uzunligi l=10 sm, diametri d=0,03 mm. Sochning mutlaqo qora tan sifatida nurlanishini nazarda tutsak, ipning harorati va radiatsiya spektridagi maksimal tushadigan to'lqin uzunligini aniqlang. Soch materialining solishtirma qarshiligi =5,510 Om. Issiqlik o'tkazuvchanligi tufayli yo'qotishlarga e'tibor bermang.

163. Spektrning ko'rinadigan qismiga to'g'ri keladigan to'lqin uzunligi diapazonida (0,4 mikrondan 0,8 mikrongacha) to'liq qora jismning energiya yorqinligini aniqlang. Tana harorati 1000 K. Faraz qilaylik, bu diapazondagi nurlanishning spektral zichligi to‘lqin uzunligiga bog‘liq emas va uning =0,6 mkmdagi qiymatiga teng.

164. Kulrang jismning T yutilish qobiliyatini aniqlang, buning uchun nurlanish pirometri bilan o'lchanadigan harorat T=1400 K, haqiqiy harorat esa T=3200 K.

165. Radiusi 4 sm bo'lgan qo'rg'oshin sharning haroratini t1=27 C da saqlash uchun unga qanday quvvat berish kerak, agar atrof-muhit harorati t2=23 S bo'lsa. Qo'rg'oshinning singdirish qobiliyati 0,6 ga teng. Faraz qiling, energiya faqat radiatsiya tufayli yo'qoladi.

166. Lampochka va fotoelement orasiga 0,99 mkm dan 1,01 mkm gacha to‘lqin uzunligi diapazonida nurlanishni uzatuvchi yorug‘lik filtri o‘rnatiladi. Lampochkaning 1500 K ga teng bo'lgan haroratida fotoseldan o'tadigan oqim 20 mA ni tashkil qiladi. Fotoelementdan o‘tgan tok kuchi unga tushgan nurlanish kuchiga proporsional deb faraz qilib, lampochkaning spiral harorati 2000 K ga oshirilsa, bu tok necha marta o‘zgarishini aniqlang.

167. 100 vattli lampochka quvvatining qancha qismi spektrning ko‘rinadigan qismiga (400 nm dan 700 nm gacha) to‘g‘ri kelishini hisoblang. Lampochka filamentining harorati 2500 K ga teng bo'ladi va lampochka butunlay qora tana sifatida nurlanadi deb faraz qiling.

168. Ko'z ichidagi elektromagnit nurlanish ikki komponentdan iborat: a) 310 K haroratdagi qora nurlanish va b) ko'z qorachig'i orqali ko'zga tushadigan fotonlar ko'rinishidagi ko'rinadigan yorug'lik. Hisoblang: a) ko'zdagi qora nurlanishning umumiy energiyasi; b) 100 Vt quvvatli lampochkadan keladigan ko'zga ko'rinadigan nurlanish energiyasi, agar siz undan 2 metr masofada bo'lsangiz. Ko'z qorachig'i maydoni S=0,1 sm2, ko'z olmasining diametri d=3 sm.Lampochka ko'rinadigan diapazonda (400 nm dan 700 nm gacha) faqat 2% quvvat chiqaradi.

169. Agar 900 MGts chastotada inson boshining biologik to'qimalariga maksimal ruxsat etilgan energiya yuki 2 Vt bo'lsa, radiotelefonning uzatuvchi rejimida ruxsat etilgan davomiyligini hisoblang. soat/m2. Radiotelefonning radiatsiya quvvati R=0,5 Vt. Radiotelefon antennasidan boshgacha bo'lgan minimal masofa r=5 sm.Antenna barcha yo'nalishlarda bir xilda nurlanadi deb faraz qilaylik.

170. Sababini tushuntiring ochiq derazalar ko'cha chetidagi uylar qora ko'rinadi.

171. Yengil fonda chinni choy piyola quyuq naqshga ega. Nima uchun bu chashka yuqori haroratgacha qizdirilgan pechdan tezda olib tashlansa va qorong'uda ko'rilsa, qorong'i fonda yorug'lik naqshlari kuzatiladi.

172. Ikkita bir xil alyuminiy choynak mavjud bo'lib, ularda bir xil miqdordagi suv bir xil haroratgacha qizdiriladi. Choynaklardan biri isiq, ikkinchisi esa toza. Qaysi choynak tezroq sovishini va nima uchun ekanligini tushuntiring.

173. Qora jismning energiya yorqinligi Re 16 marta zaiflashishi uchun uning termodinamik haroratini necha marta kamaytirish kerakligini aniqlang. (Javob: 2 marta).

174. Ochiq teshigi 30 sm2 bo'lgan mufelli pechning ichki yuzasi harorati 1,3 kK. Pechning teshigi qora tana sifatida nurlanadi deb faraz qilsak, o'choq tomonidan iste'mol qilinadigan quvvat 1,5 kVt bo'lsa, quvvatning qaysi qismi devorlar tomonidan tarqalishini aniqlang. (Javob: 0,676).

175. Qora tana T1 = 3 kK haroratda. Tananing sovishi bilan energiya yorqinligining maksimal spektral zichligiga mos keladigan to'lqin uzunligi Dl = 8 mkm ga o'zgaradi. Tananing sovutilgan harorati T2 ni aniqlang. (Javob: 323 K).

176. Qora jism T1 = 600 K haroratdan T2 = 2400 K gacha qizdirildi. Aniqlang: 1) uning energiya yorqinligi necha marta oshdi; 2) energiya yorqinligining maksimal spektral zichligiga mos keladigan to'lqin uzunligi qanday o'zgargan. (Javob: 1) 256 marta; 2) 3,62 mkm ga kamaydi).

177. Qora jismning energiya yorqinligi spektral zichligi grafigi bilan chegaralangan maydon rlT termodinamik harorat T1 dan T2 haroratga o'tishda 5 marta oshdi. Bu holda qora jismning energiya yorqinligining maksimal spektral zichligiga mos keladigan to'lqin uzunligi lmax qanday o'zgarishini aniqlang. (Javob: 1,49 marta kamayadi).

178. Nikelni qora tana sifatida hisobga olib, erigan nikelning sirt maydoni 0,5 sm2 bo'lsa, uning haroratini 1453 ° C da o'zgarmagan holda ushlab turish uchun zarur bo'lgan quvvatni aniqlang. Energiya yo'qotishlariga e'tibor bermang. (Javob: 25,2 Vt).

179. S \u200b\u200bS \u003d 15 sm2 maydonga ega, T \u003d 3000 K haroratgacha qizdirilgan metall sirt bir daqiqada 100 kJ nur sochadi. Aniqlang: 1) qora rangni hisobga olgan holda, bu sirt chiqaradigan energiya; 2) ma'lum bir haroratda ushbu sirt va qora jismning energiya yorug'liklarining nisbati. (Javob: 413 kJ; 0,242).

180. Quyoshni qora jism sifatida olib, uning energiya yorqinligining maksimal spektral zichligi l = 500 nm to‘lqin uzunligiga to‘g‘ri kelishini hisobga olib, aniqlang: 1) Quyosh sirtining harorati; 2) Quyoshning 10 daqiqada elektromagnit to'lqinlar ko'rinishida chiqaradigan energiyasi; 3) radiatsiya tufayli bu vaqt ichida Quyosh tomonidan yo'qolgan massa. (Javob: 5800 K; 2.34.1029 J; 2.6.1012 kg).

181. Diametri d \u003d 0,8 mm bo'lgan volfram simidan o'tadigan oqimning kuchini aniqlang, uning harorati vakuumda doimiy va t \u003d 2800 ° S ga teng. Telning yuzasi AT = 0,343 assimilyatsiya qilish qobiliyati bilan kulrang sifatida olinadi. Belgilangan haroratda simning o'ziga xos qarshiligi r = 0,92,10-4 Ohm.sm. Telni o'rab turgan muhitning harorati t0 = 17 ° C. (Javob: 48,8 A).

182. Qora jismning energiya yorqinligining spektral zichligi uchun Plank formulasini n o‘zgaruvchidan l o‘zgaruvchiga aylantiring.

183. Plank formulasidan foydalanib, qora jismning harorati T = 2500K bo'lsa, energiya yorqinligining maksimal spektral zichligiga yaqin tor to'lqin uzunligi oralig'ida Dl = 5nm bo'lgan qora jismning birlik yuzasiga to'g'ri keladigan nurlanish oqimining spektral zichligini aniqlang. (Javob: rLTOl = 6,26 kVt/m2).

184. T \u003d 3500 K haroratda volfram filamenti uchun assimilyatsiya qilish qobiliyati AT \u003d 0,35. Ipning radiatsiya haroratini aniqlang. (Javob: 2,69 kK).

Qora tana nurlanishining spektral zichligi to'lqin uzunligi va haroratning universal funktsiyasidir. Bu qora jismning spektral tarkibi va nurlanish energiyasi tananing tabiatiga bog'liq emasligini anglatadi.

(1.1) va (1.2) formulalar shuni ko'rsatadiki, mutlaq qora jismning spektral va integral nurlanish zichligini bilgan holda, ularni har qanday qora bo'lmagan jism uchun hisoblash mumkin, agar ikkinchisining yutilish koeffitsienti ma'lum bo'lsa, uni tajriba yo'li bilan aniqlash kerak.

Tadqiqotlar qora tana nurlanishining quyidagi qonunlariga olib keldi.

1. Stefan-Boltzman qonuni: Qora jismning integral nurlanish zichligi uning mutlaq haroratining to'rtinchi darajasiga proportsionaldir.

Qiymat σ chaqirdi Stiven doimiy- Boltsmann:

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

Vaqt o'tishi bilan chiqariladigan energiya t nurlanish yuzasiga ega bo'lgan mutlaqo qora tan S doimiy haroratda T,

W=sT 4 St

Vaqt o'tishi bilan tana harorati o'zgarsa, ya'ni. T = T(t), keyin

Stefan-Boltzman qonuni harorat oshishi bilan radiatsiya kuchining juda tez o'sishini ko'rsatadi. Masalan, harorat 800 dan 2400 K gacha (ya'ni 527 dan 2127 ° C gacha) ko'tarilganda, butunlay qora jismning nurlanishi 81 marta ortadi. Agar qora tana haroratli muhit bilan o'ralgan bo'lsa T 0, keyin ko'z muhitning o'zi chiqaradigan energiyani o'zlashtiradi.

Bunday holda, chiqarilgan va so'rilgan nurlanish kuchi o'rtasidagi farq taxminan formula bilan ifodalanishi mumkin.

U=s(T 4 - T 0 4)

Stefan-Boltzman qonuni haqiqiy jismlarga nisbatan qo'llanilmaydi, chunki kuzatishlar yanada murakkab bog'liqlikni ko'rsatadi. R harorat, shuningdek, tananing shakli va uning sirtining holati.

2. Vienning siljish qonuni. To‘lqin uzunligi l 0, Qora jism nurlanishining maksimal spektral zichligini hisobga olgan holda, tananing mutlaq haroratiga teskari proportsionaldir:

λ 0 = yoki l 0 T \u003d b.

Doimiy b, chaqirdi Vena qonuni doimiysi, ga teng b= 0,0028978 m K ( λ metrda ifodalangan).

Shunday qilib, harorat ko'tarilishi bilan nafaqat umumiy radiatsiya oshadi, balki, qo'shimcha ravishda, spektr bo'ylab energiya taqsimoti o'zgaradi. Masalan, past tana haroratida, asosan, infraqizil nurlar o'rganiladi va harorat ko'tarilgach, nurlanish qizg'ish, to'q sariq va nihoyat oq rangga ega bo'ladi. Shaklda. 2.1-rasmda butunlay qora jismning nurlanish energiyasining turli haroratlarda to‘lqin uzunliklari bo‘yicha empirik taqsimot egri chiziqlari ko‘rsatilgan: ulardan ko‘rinib turibdiki, nurlanishning maksimal spektral zichligi harorat ortishi bilan qisqa to‘lqinlar tomon siljiydi.

3. Plank qonuni. Stefan-Boltzman qonuni va Vienning siljish qonuni haroratda qora jismning spektridagi har bir to'lqin uzunligi uchun nurlanishning spektral zichligi qanchalik katta ekanligi haqidagi asosiy muammoni hal qilmaydi. T. Buning uchun siz funktsional qaramlikni o'rnatishingiz kerak va dan λ va T.

Elektromagnit to'lqinlar emissiyasining uzluksiz tabiati kontseptsiyasiga va energiyaning erkinlik darajalari bo'yicha bir xil taqsimlanishi qonuniga asoslanib (klassik fizikada qabul qilingan) mutlaq qora jismning spektral zichligi va nurlanishi uchun ikkita formula olingan:

1) Win formulasi

qayerda a va b- doimiy qiymatlar;

2) Reyl-Jins formulasi

u lT = 8pkT l – 4 ,

qayerda k Boltsman doimiysi. Eksperimental tekshirish shuni ko'rsatdiki, ma'lum bir harorat uchun Wien formulasi qisqa to'lqinlar uchun to'g'ri keladi (qachonki). l T juda kichik va uzoq to'lqinlar mintaqasida tajribaning keskin yaqinlashuvini beradi. Rayleigh-Jeans formulasi uzun to'lqinlar uchun to'g'ri va qisqa to'lqinlar uchun mutlaqo qo'llanilmaydigan bo'lib chiqdi (2.2-rasm).

Shunday qilib, klassik fizika butunlay qora jismning nurlanish spektrida energiya taqsimoti qonunini tushuntirib bera olmadi.

Funktsiya turini aniqlash uchun u lT yorug'lik chiqarish mexanizmi haqida mutlaqo yangi g'oyalar kerak edi. 1900 yilda M. Plank bu haqda faraz qildi atomlar va molekulalar tomonidan elektromagnit nurlanish energiyasini yutish va chiqarish faqat alohida "qismlarda" mumkin, energiya kvantlari deyiladi. Energiya kvantining qiymati ε nurlanish chastotasiga proportsional v(to'lqin uzunligiga teskari proportsional). λ ):

e = hv = hc/l

Proportsionallik omili h = 6,625 10 -34 J s va deyiladi Plank doimiysi. To'lqin uzunligi uchun spektrning ko'rinadigan qismida λ = 0,5 mkm, energiya kvantining qiymati:

e = hc/l= 3,79 10 -19 J s = 2,4 eV

Ushbu taxminga asoslanib, Plank formulani oldi u lT:

(2.1)

qayerda k Boltsman doimiysi, Bilan yorug'likning vakuumdagi tezligidir. l (2.1) funktsiyaga mos keladigan egri chiziq rasmda ham ko'rsatilgan. 2.2.

Plank qonuni (2.11) Stefan-Boltzman qonunini va Vienning joy almashish qonunini beradi. Darhaqiqat, integral nurlanish zichligi uchun biz olamiz

Ushbu formula bo'yicha hisoblash Stefan-Boltzman doimiyligining empirik qiymatiga to'g'ri keladigan natijani beradi.

Vienning siljish qonuni va uning doimiyligini Plank formulasidan funktsiyaning maksimalini topish orqali olish mumkin. u lT ning hosilasi u lT yoqilgan λ , va nolga teng. Hisoblash natijasida quyidagi formula olinadi:

(2.2)

Konstantani hisoblash b bu formulaga ko'ra, Wien doimiysining empirik qiymatiga to'g'ri keladigan natijani ham beradi.

Keling, termal nurlanish qonunlarining eng muhim qo'llanilishini ko'rib chiqaylik.

LEKIN. Termal yorug'lik manbalari. Aksariyat sun'iy yorug'lik manbalari termal emitentlardir (elektr cho'g'lanma lampalar, an'anaviy yoy lampalar va boshqalar). Biroq, bu yorug'lik manbalari etarlicha tejamkor emas.

§ 1da ko'z faqat spektrning juda tor qismiga (380 dan 770 nm gacha) sezgir ekanligi aytilgan; boshqa barcha to'lqinlar vizual tuyg'uga ega emas. Ko'zning maksimal sezgirligi to'lqin uzunligiga to'g'ri keladi λ = 0,555 mkm. Ko'zning bu xususiyatiga asoslanib, yorug'lik manbalaridan spektrda energiyaning shunday taqsimlanishini talab qilish kerak, bunda nurlanishning maksimal spektral zichligi to'lqin uzunligiga to'g'ri keladi. λ = 0,555 mkm yoki shunga o'xshash. Agar bunday manba sifatida mutlaq qora jismni oladigan bo'lsak, u holda Vienning siljish qonuniga ko'ra, uning mutlaq haroratini hisoblashimiz mumkin:

Kimga

Shunday qilib, eng foydali termal yorug'lik manbai quyosh sirtining haroratiga mos keladigan 5200 K haroratga ega bo'lishi kerak. Bu tasodif insonning ko'rish qobiliyatining quyosh nurlari spektrida energiya taqsimotiga biologik moslashuvi natijasidir. Lekin bu yorug'lik manbai ham samaradorlik(ko'rinadigan nurlanish energiyasining barcha nurlanishning umumiy energiyasiga nisbati) kichik bo'ladi. Grafik jihatdan rasmda. 2.3 bu koeffitsient maydonlar nisbati bilan ifodalanadi S1 va S; kvadrat S1 spektrning ko'rinadigan hududining radiatsiya energiyasini ifodalaydi, S- barcha radiatsiya energiyasi.

Hisoblash shuni ko'rsatadiki, taxminan 5000-6000 K haroratda yorug'lik samaradorligi faqat 14-15% ni tashkil qiladi (to'liq qora tan uchun). Mavjud sun'iy yorug'lik manbalarining haroratida (3000 K) bu samaradorlik atigi 1-3% ni tashkil qiladi. Issiqlik emitentining bunday past "yorug'lik chiqishi" atomlar va molekulalarning xaotik harakati paytida nafaqat yorug'lik (ko'rinadigan), balki boshqa elektromagnit to'lqinlar ham qo'zg'alishi bilan izohlanadi, ular yorug'lik nuriga ta'sir qilmaydi. ko'z. Shuning uchun tanani tanlab, faqat ko'z sezgir bo'lgan to'lqinlarni chiqarishga majburlash mumkin emas: ko'rinmas to'lqinlar albatta nurlanadi.

Eng muhim zamonaviy haroratli yorug'lik manbalari volfram filamentli elektr akkor lampalardir. Volframning erish nuqtasi 3655 K. Biroq, filamentni 2500 K dan yuqori haroratgacha qizdirish xavflidir, chunki volfram bu haroratda juda tez püskürtülür va filament yo'q qilinadi. Filamentning chayqalishini kamaytirish uchun lampalarni taxminan 0,5 atm bosimda inert gazlar (argon, ksenon, azot) bilan to'ldirish taklif qilindi. Bu filamentning haroratini 3000-3200 K gacha ko'tarish imkonini berdi. Bu haroratlarda nurlanishning maksimal spektral zichligi infraqizil to'lqinlar mintaqasida (taxminan 1,1 mkm) yotadi, shuning uchun barcha zamonaviy cho'g'lanma lampalarning samaradorligi bir oz bo'ladi. 1% dan ortiq.

B. Optik pirometriya. Qora jismning yuqoridagi nurlanish qonunlari, agar to'lqin uzunligi ma'lum bo'lsa, bu tananing haroratini aniqlashga imkon beradi. λ 0 maksimalga mos keladi u lT(Ven qonuniga ko'ra), yoki integral nurlanish zichligining qiymati ma'lum bo'lsa (Stefan-Boltzman qonuniga ko'ra). Tana haroratini uning yordamida aniqlashning ushbu usullari termal nurlanish kabinalarda I optik pirometriya; ular juda o'lchashda ayniqsa qulaydir yuqori haroratlar. Yuqoridagi qonunlar faqat to'liq qora jismga taalluqli bo'lganligi sababli, ularga asoslangan optik pirometriya faqat o'z xususiyatlariga ko'ra butunlay qora jismga yaqin bo'lgan jismlarning haroratlarini o'lchashda yaxshi natijalar beradi. Amalda, bular zavod pechlari, laboratoriya mufel pechlari, qozon pechlari va boshqalar. Issiqlik emitentlarining haroratini aniqlashning uchta usulini ko'rib chiqing:

a. Wienning joy almashish qonuniga asoslangan usul. Agar biz nurlanishning maksimal spektral zichligi tushadigan to'lqin uzunligini bilsak, u holda tananing harorati (2.2) formuladan foydalanib hisoblash mumkin.

Xususan, Quyosh, yulduzlar va boshqalar yuzasidagi harorat shu tarzda aniqlanadi.

Qora bo'lmagan jismlar uchun bu usul haqiqiy tana haroratini bermaydi; agar emissiya spektrida bitta maksimal bo'lsa va biz hisoblaymiz T formula (2.2) ga ko'ra, u holda hisob-kitob bizga butunlay qora jismning haroratini beradi, u spektrda tekshirilayotgan jism bilan deyarli bir xil energiya taqsimotiga ega. Bunday holda, butunlay qora jismning nurlanishining xromatikligi o'rganilayotgan nurlanishning xromatikligi bilan bir xil bo'ladi. Bu tana harorati deyiladi rang harorati.

Akkor chiroq filamentining rang harorati 2700-3000 K ni tashkil qiladi, bu uning haqiqiy haroratiga juda yaqin.

b. Radiatsiya haroratini o'lchash usuli tananing integral nurlanish zichligini o'lchashga asoslangan R va uning haroratini Stefan-Boltzman qonuni bo'yicha hisoblash. Tegishli asboblar radiatsiya pirometrlari deb ataladi.

Tabiiyki, agar nurlantiruvchi jism mutlaqo qora bo'lmasa, u holda radiatsiya pirometri tananing haqiqiy haroratini bermaydi, lekin uning integral nurlanish zichligi integral nurlanishga teng bo'lgan mutlaqo qora jismning haroratini ko'rsatadi. sinov tanasining zichligi. Bu tana harorati deyiladi radiatsiya, yoki energiya, harorat.

Radiatsiya pirometrining kamchiliklari orasida biz uni kichik jismlarning haroratlarini aniqlash uchun ishlatish mumkin emasligini, shuningdek, ob'ekt va nurlanishning bir qismini yutuvchi pirometr o'rtasida joylashgan muhitning ta'sirini ko'rsatamiz.

ichida. I haroratni aniqlash uchun yorqinlik usuli. Uning ishlash printsipi pirometr chiroqining cho'g'lanma filamentining yorqinligini akkor sinov tanasi tasvirining yorqinligi bilan vizual taqqoslashga asoslangan. Qurilma akkumulyatordan quvvat oladigan, ichkariga elektr chiroq o'rnatilgan svetofordir. Monoxromatik filtr orqali vizual tarzda kuzatilgan tenglik, issiq tananing tasviri fonida ipning tasvirining yo'qolishi bilan aniqlanadi. Ipning porlashi reostat tomonidan tartibga solinadi va harorat to'g'ridan-to'g'ri haroratgacha bo'lgan ampermetrning shkalasi bilan belgilanadi.

fotoelektrik effekt

Fotoelektr effekti 1887 yilda nemis fizigi G. Gerts tomonidan kashf etilgan va 1888–1890 yillarda A. G. Stoletov tomonidan eksperimental o‘rganilgan. Fotoeffekt hodisasini eng toʻliq oʻrganishni 1900-yilda F.Lenard olib bordi.Bu vaqtga kelib elektron allaqachon kashf etilgan (1897, J.Tomson) va fotoelektr effekti (yoki, aniqrog'i, tashqi fotoelektrik effekt) materiyaga tushadigan yorug'lik ta'sirida elektronlarni tortib olishdan iborat.

Fotoelektrik effektni o'rganish uchun eksperimental qurilmaning sxemasi rasmda ko'rsatilgan. bitta.

Guruch. bitta

Tajribalarda ikkita metall elektrodli shisha vakuumli idish ishlatilgan, uning yuzasi ehtiyotkorlik bilan tozalangan. Elektrodlarga kuchlanish o'rnatildi U, uning qutblari ikki tugma yordamida o'zgartirilishi mumkin. Elektrodlardan biri (katod K) ma'lum bir to'lqin uzunligi l bo'lgan monoxromatik yorug'lik bilan kvarts oynasi orqali yoritilgan. Doimiy yorug'lik oqimida fototokning kuchiga bog'liqligi olingan I qo'llaniladigan kuchlanishdan. Shaklda. 2-rasmda katodga tushgan yorug'lik oqimi intensivligining ikki qiymati uchun olingan bunday bog'liqlikning tipik egri chiziqlari ko'rsatilgan.

Egri chiziqlar shuni ko'rsatadiki, A anodidagi etarlicha yuqori musbat kuchlanishlarda fototok to'yinganlikka etadi, chunki katoddan yorug'lik bilan chiqarilgan barcha elektronlar anodga etib boradi. Ehtiyotkorlik bilan o'tkazilgan o'lchovlar to'yinganlik oqimini ko'rsatdi I n tushayotgan yorug'likning intensivligiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir. Anoddagi kuchlanish manfiy bo'lsa, katod va anod orasidagi elektr maydoni elektronlarni sekinlashtiradi. Anod faqat kinetik energiyasi | dan ortiq bo'lgan elektronlarga etib borishi mumkin EI|. Agar anod kuchlanishi - dan past bo'lsa U h, fototok to'xtaydi. o'lchash U h, fotoelektronlarning maksimal kinetik energiyasini aniqlash mumkin: ( my 2 / 2)maks = EI h

Guruch. bitta

Olimlarni hayratda qoldiradigan qiymat U h tushayotgan yorug'lik oqimining intensivligidan mustaqil bo'lib chiqdi. Ehtiyotkorlik bilan o'tkazilgan o'lchovlar shuni ko'rsatdiki, blokirovka potentsiali yorug'likning chastotasi n ortishi bilan chiziqli ravishda oshadi (3-rasm).

Ko'pgina tajribachilar fotoelektr effektining quyidagi asosiy qonunlarini o'rnatdilar:

1. Fotoelektronlarning maksimal kinetik energiyasi yorug'lik chastotasi n ortishi bilan chiziqli ravishda ortadi va uning intensivligiga bog'liq emas.

2. Har bir modda uchun fotoeffektning qizil chegarasi, ya'ni tashqi fotoeffekt hali ham mumkin bo'lgan eng past chastotali nmin mavjud.

3. 1 s ichida katoddan yorug'lik ta'sirida chiqarilgan fotoelektronlarning soni yorug'lik intensivligiga to'g'ridan-to'g'ri proporsionaldir.

4. Fotoelektr effekti amalda inersiyasiz, yorugʻlik chastotasi n > n min boʻlishi sharti bilan fototok katod yoritilishi boshlangandan soʻng bir zumda sodir boʻladi.

Fotoelektrik effektning barcha bu qonunlari yorug'likning materiya bilan o'zaro ta'siri haqidagi klassik fizikaning g'oyalariga tubdan zid edi. To'lqin tushunchalariga ko'ra, elektromagnit yorug'lik to'lqini bilan o'zaro ta'sirlashganda, elektron asta-sekin energiya to'playdi va elektronning katoddan uchib chiqish uchun etarli energiya to'plashi uchun yorug'lik intensivligiga qarab ancha vaqt kerak bo'ladi. Hisob-kitoblar shuni ko'rsatadiki, bu vaqtni daqiqalar yoki soatlar bilan hisoblash kerak edi. Biroq, tajriba shuni ko'rsatadiki, fotoelektronlar katodning yoritilishi boshlangandan so'ng darhol paydo bo'ladi. Ushbu modelda fotoeffektning qizil chegarasi mavjudligini tushunish ham mumkin emas edi. Yorug'likning to'lqin nazariyasi fotoelektronlar energiyasining yorug'lik oqimining intensivligidan va maksimal kinetik energiyaning yorug'lik chastotasiga proporsionalligidan mustaqilligini tushuntirib bera olmadi.

Shunday qilib, yorug'likning elektromagnit nazariyasi bu qonuniyatlarni tushuntirib bera olmasligini isbotladi.

Buning yo‘lini 1905-yilda A.Eynshteyn topdi.Fotoeffektning kuzatilgan qonuniyatlarining nazariy izohini Eynshteyn M.Plankning yorug‘lik ma’lum qismlarda chiqariladi va yutilishi haqidagi gipotezasi va har birining energiyasiga asoslanib berdi. bunday qism formula bilan aniqlanadi E = h v, qaerda h Plank doimiysi. Eynshteyn kvant tushunchalarini ishlab chiqishda navbatdagi qadamni qo'ydi. U shunday xulosaga keldi yorug'lik uzluksiz (diskret) tuzilishga ega. Elektromagnit to'lqin alohida qismlardan - kvantlardan iborat, keyinchalik nomi berilgan fotonlar. Modda bilan o'zaro ta'sirlashganda, foton butun energiyasini uzatadi h n bitta elektronga. Ushbu energiyaning bir qismi materiya atomlari bilan to'qnashuvda elektron tomonidan tarqalishi mumkin. Bundan tashqari, elektron energiyasining bir qismi metall-vakuum interfeysidagi potentsial to'siqni engib o'tishga sarflanadi. Buning uchun elektron ish funktsiyasini bajarishi kerak A chiqish katod materialining xususiyatlariga qarab. Katoddan chiqadigan fotoelektronning maksimal kinetik energiyasi energiyani tejash qonuni bilan aniqlanadi:

Ushbu formula fotoelektrik effekt uchun Eynshteyn tenglamasi deb ataladi.

Eynshteyn tenglamasidan foydalanib, tashqi fotoelektr effektining barcha qonuniyatlarini tushuntirish mumkin. Eynshteyn tenglamasidan maksimal kinetik energiyaning chastotaga chiziqli bog'liqligi va yorug'lik intensivligiga bog'liqligi, qizil chegara mavjudligi va fotoelektrik effektning inertsiyasi keladi. Katod yuzasidan 1 soniyada chiqib ketadigan fotoelektronlarning umumiy soni bir vaqtning o'zida yuzaga tushgan fotonlar soniga mutanosib bo'lishi kerak. Bundan kelib chiqadiki, to'yinganlik oqimi yorug'lik oqimining intensivligiga to'g'ridan-to'g'ri proportsional bo'lishi kerak. Ushbu bayonot Stoletov qonuni deb ataladi.

Eynshteyn tenglamasidan kelib chiqqan holda, blokirovka potentsialining bog'liqligini ifodalovchi to'g'ri chiziqning qiyaligi U n chastotasi bo'yicha h (3-rasm), Plank doimiysi nisbatiga teng h elektronning zaryadiga e:

Bu Plank doimiysining qiymatini eksperimental ravishda aniqlash imkonini beradi. Bunday o'lchovlar 1914 yilda R. Millikan tomonidan amalga oshirilgan va Plank tomonidan topilgan qiymat bilan yaxshi kelishuvga erishgan. Ushbu o'lchovlar ish funktsiyasini aniqlashga ham imkon berdi A:

qayerda c yorug'lik tezligi, lcr - fotoeffektning qizil chegarasiga mos keladigan to'lqin uzunligi.

Ko'pgina metallar uchun ish funktsiyasi A bir necha elektron volt (1 eV = 1,602 10 -19 J) dir. Kvant fizikasida ko'pincha elektron volt energiya birligi sifatida ishlatiladi. Plank konstantasining sekundiga elektron voltlarda ifodalangan qiymati h\u003d 4,136 10 -15 eV s.

Metallar orasida ishqoriy elementlar eng kam ish funksiyasiga ega. Masalan, natriy A= 1,9 eV, bu fotoelektr effektining qizil chegarasiga to'g'ri keladi lcr ≈ 680 nm. Shuning uchun gidroksidi metall birikmalari ko'rinadigan yorug'likni aniqlash uchun mo'ljallangan fotosellarda katodlarni yaratish uchun ishlatiladi.

Shunday qilib, fotoeffekt qonunlari shuni ko'rsatadiki, yorug'lik chiqarilganda va yutilganda, fotonlar yoki yorug'lik kvantlari deb ataladigan zarralar oqimi kabi harakat qiladi.

Shunday qilib, yorug'lik haqidagi ta'limot ikki asr davom etgan inqilobni yakunlab, yana yorug'lik zarralari - korpuskulalar haqidagi g'oyalarga qaytdi.

Ammo bu Nyutonning korpuskulyar nazariyasiga mexanik qaytish emas edi. 20-asrning boshlarida yorug'lik ikki tomonlama xususiyatga ega ekanligi ma'lum bo'ldi. Yorug'lik tarqalganda uning to'lqin xossalari (interferentsiya, difraksiya, qutblanish), materiya bilan o'zaro ta'sirlashganda korpuskulyar xossalari (fotoelektrik effekt) paydo bo'ladi. Yorug'likning bunday ikkilik tabiati to'lqin-zarracha dualligi deb ataladi. Keyinchalik elektronlar va boshqa elementar zarralarda ikki tomonlama tabiat aniqlandi. Klassik fizika mikroob'ektlarning to'lqin va korpuskulyar xossalari kombinatsiyasining vizual modelini bera olmaydi. Mikro jismlarning harakati klassik Nyuton mexanikasi qonunlari bilan emas, balki qonunlar bilan boshqariladi. kvant mexanikasi. M. Plank tomonidan ishlab chiqilgan butunlay qora jismning nurlanish nazariyasi va kvant nazariyasi Eynshteynning fotoelektr effekti ushbu zamonaviy fanning markazida.

Biz ko'rib chiqqan tashqi fotoelektr effektiga qo'shimcha ravishda (odatda oddiygina fotoelektr effekti deb ataladi), dielektriklar va yarim o'tkazgichlarda ichki fotoelektrik effekt ham kuzatiladi. Bu yorug'lik ta'sirida elektronlarning qayta taqsimlanishidan iborat energiya darajalari. Bunday holda, elektronlar butun hajmda chiqariladi.

Fotorezistorlar deb ataladigan harakat ichki fotoelektrik effektga asoslanadi. Hosil bo'lgan oqim tashuvchilar soni tushayotgan yorug'lik oqimiga proportsionaldir. Shuning uchun fotorezistorlar fotometriya maqsadlarida ishlatiladi. Selen bu maqsadda ishlatilgan birinchi yarimo'tkazgich edi.

Guruch. 2

hududida tuman o'tish yoki yarimo'tkazgichli metall yoqasida, eshik fotoelektrik effekti kuzatilishi mumkin. Bu yorug'lik ta'sirida elektromotor kuchning (foto-emf) paydo bo'lishidan iborat. Shaklda. 173 mintaqadagi elektronlar (qattiq egri) va teshiklar (chiziqli egri) potentsial energiyasining yo'nalishini ko'rsatadi. tuman o'tish. Ushbu mintaqa uchun kichik tashuvchilar (elektronlar R- maydonlar va teshiklar n yorug'lik ta'sirida paydo bo'lgan -mintaqalar) o'tishdan o'tadi. Natijada, in p-mintaqada ortiqcha musbat zaryad to'planadi, in n-mintaqalar - ortiqcha manfiy zaryad. Bu fotoelektromotor kuch bo'lgan birikmaga qo'llaniladigan kuchlanishga olib keladi. Xususan, bu effekt quyosh panellarini yaratishda qo'llaniladi.