Внешний фотоэффект

14.1. Считая Солнце источником теплового излучения – абсолютно чёрным телом, оцените, на сколько процентов меняется мощность излучения, которое достигает Земли при изменении температуры на поверхности Солнца с 5950 К до 6050 К.

14.2. Определите энергетическую светимость крыши и боковой стороны железнодорожного вагона под воздействием потока солнечного излучения плотностью 0,8 кВт/м². Крышу вагона считать черным телом, а боковую сторону – серым с поглощательной способностью 0,6. Рассмотреть случаи: а) Солнце находится сбоку от вагона, высота Солнца над горизонтом 30°; б) Солнце находится в зените; температура окружающего воздуха +7 ºС).

14.3. Одинаковые по площади крыши двух железнодорожных вагонов облучаются нормально падающими лучистыми потоками равной величины. Пассажирский вагон имеет крышу, окрашенную в черный цвет, а вагон рефрижератор – в серый. Считая крышу пассажирского вагона черным телом, а вагона рефрижератора – серым с поглощательной способностью 0,2, определите отношение их энергетических светимостей.

14.4. При остывании крыши электровоза в ночное время ее энергетическая светимость уменьшилась в 1,4 раза. До какой температуры была нагрета крыша днем, если ее окончательная температура составила +12°С? Крышу считать серым телом.

14.5. Вычислите энергию, излучаемую за 1 мин фрагментом окрашенной в черный цвет крыши железнодорожного вагона площадью 10 см², нагретой до температуры +47°С.

14.6. Из смотрового окна печи площадью 10 см² излучается поток энергии 6 кДж/мин. Определите температуру печи.

14.7. Электрическая печь потребляет мощность 500 Вт. Температура ее внутренней поверхности при открытом отверстии диаметром 5 см равна +350°С. Какая часть потребляемой мощности рассеивается стенками?

14.8. В электрической лампе железнодорожного вагона с вольфрамовой нитью накаливания в результате колебания напряжения в сети температура нити изменяется на ±40°Сотсреднего значения +2030°С. Приняв, что вольфрам излучает как серое тело, определите, во сколько раз меняется общая мощность излучения вследствие колебания температуры.

14.9. Спектральная плотность энергетической светимости серого тела на некоторой длине волны в результате остывания уменьшилась в три раза. а) Что произошло с его поглощательной способностью на этой длине волны? б) Как изменится ответ, если тело считать не серым, а абсолютно чёрным?

14.10. В купе пассажирского вагона используется электрическая лампа, температура спирали которой при нормальном питающем напряжении составляет 3500 К. В результате падения напряжения в сети положение максимума спектральной плотности энергетической светимости спирали изменилось на 0,1 мкм. До какой температуры охладилась при этом спираль лампы?

14.11. Определите во сколько раз нужно изменить температуру черного тела, чтобы максимум спектральной плотности его энергетической светимости сместился в инфракрасную сторону на 1 мкм. Начальную температуру принять равной 3000 К.

14.12. Определите, как и во сколько раз изменится частота электромагнитного излучения, соответствующего максимуму спектральной плотности энергетической светимости спирали лампы накаливания при повышении ее температуры от +27°С до +3087°С?

14.13. Абсолютно черное тело имеет максимум в спектре излучения при длине волны 540 нм. Определите его температуру и энергетическую светимость.

14.14. В пассажирском вагоне для ночного освещения используется тепловой источник света. Определите положение максимума в спектре его излучения, если энергетическая светимость источника равна 2,4 кВт/см².

14.15. Определите, до какой температуры нагрета вольфрамовая спираль лампочки накаливания, график спектральной плотности энергетической светимости которой изображен на рис.14.1. Каков кпд этой лампы?

14.16. Максимум спектральной плотности энергетической светимости электрической лампы в купе пассажирского вагона приходится на 800 нм. Найдите энергетическую светимость спирали лампы, считая её абсолютно черным телом.

14.17. В результате колебания напряжения в сети электропоезда максимум в спектре излучения светильника с вольфрамовой нитью накала сместился от 1 мкм до 0,95 мкм. Во сколько раз при этом увеличились температура нити и ее энергетическая светимость? Ответ округлите до второго знака после запятой.

14.18. Длина волны, соответствующая максимуму спектральной плотности энергетической светимости черного тела, уменьшилась в 1,45 раз при переходе от термодинамической температуры Т ₁ к Т ₂. Как изменилась при этом площадь, ограниченная кривой спектральной плотности энергетической светимости на соответствующем графике?

14.19. Мощность излучения абсолютно черного тела равна 10 кВт. Максимум энергии излучения приходится на 0,7 мкм. Определите площадь излучающей поверхности.

14.20. Сколько фотонов испускает за 1 с инфракрасный (длина волны 1,324 нм) лазер системы охранной сигнализации мощностью 12 Вт?

14.21. Красная граница фотоэффекта для металла 6,2×10^-5 см. Найдите величину запирающего напряжения при освещении металла светом с длиной волны 365 нм.

14.22. В автоматических системах контроля, используемых на железнодорожном транспорте, применяются вакуумные фотоэлементы с различными фотокатодами. При освещении подобного фотоэлемента фиолетовым светом с длиной волны 0,40 мкм фототок наблюдался при запирающем напряжении 2,0 В. Чему равно запирающее напряжение при освещении того же фотоэлемента красным светом с длиной волны 0,7 мкм?

14.23. При каком наименьшем напряжении полностью задерживаются электроны, вырванные из цинкового катода вакуумного фотоэлемента при освещении его ультрафиолетовым светом с длиной волны 229 нм? Работа выхода электрона из цинка равна 6,4×10^-19 Дж.

14.24. Будет ли наблюдаться фотоэффект при облучении вольфрамовой нити излучением с длиной волны 312 нм?

14.25. Какую скорость приобретают фотоэлектроны, вырываемые с поверхности цинка (работа выхода 4,0 эВ) при облучении его ультрафиолетовым светом с длиной волны 280 нм?

14.26. Вычислите значение солнечной постоянной для Земли: энергии, падающей за одну минуту на 1 см² земной поверхности, расположенной перпендикулярно направлению распространения световых лучей. В расчётах излучение Солнца считать близким излучению абсолютно чёрного тела. Температура поверхности Солнца T = +5550 °С, радиус Солнца R _C = 695×10⁶ м; средний радиус Земной орбиты R _З = 1,5×10¹¹ м.

Дата добавления: 2015-11-14