Приклади розв’язання задач

Тема: Теплове випромінювання. Формула Планка

Практичне заняття 1.1

Приклад 1. Дослідження спектра випромінювання Сонця показує, що максимум випромінювальної здатності відповідає довжині хвилі . Вважаючи Сонце абсолютно чорним тілом, визначити: 1) повну випромінювальну здатність Сонця; 2) потік енергії Ф, що випромінюється Сонцем; 3) масу m електромагнітних хвиль (усіх довжин), що випромінюються Сонцем за 1 с.

Розв’язання. 1. Повна випромінювальна здатність абсолютно чорного тіла виражається формулою Стефана-Больцмана:

. (1)

Температура випромінюючої поверхні може бути визначена із закону зміщення Віна:

.

Виразивши звідси температуру T та підставивши її у формулу (1), отримаємо:

; (2)

.

Виконавши обчислення за формулою (2), знайдемо

.

2. Потік енергії Ф, що випромінюється Сонцем, дорівнює добутку повної випромінювальної здатності на площу S його поверхні:

,

або

,

де r – радіус Сонця.

Підставивши у формулу (3) значення π, r, Е_Т та виконавши обчислення, отримаємо:

.

3. Масу електромагнітних хвиль (всіх довжин), що випромінюються Сонцем за час , визначимо, застосувавши закон пропорційності маси та енергії . Енергія електромагнітних хвиль, що випромінюються за час t, дорівнює добутку потоку енергії Ф (потужності випромінювання) на час: . Відповідно, , звідки .

Виконавши обчислення за цією формулою, знайдемо

.

Приклад 2. Довжина хвилі , на яку припадає максимум енергії в спектрі випромінювання абсолютно чорного тіла, дорівнює 0,58 мкм. Визначити максимальну випромінювальну здатність , розраховану на інтервал довжин хвиль , поблизу .

Розв’язання. Максимальна випромінювальна здатність пропорційна п’ятій степені абсолютної температури і виражається формулою:

. (1)

Температуру Т виразимо із закону зміщення Віна , звідки

.

Підставивши отриманий вираз температури у формулу (1), знайдемо

. (2)

У таблиці «Основні фізичні сталі» значення b₂ дане в одиницях СІ, в яких одиничний інтервал довжин хвиль . За умовою задачі необхідно обчислити максимальну випромінювальну здатність, розраховану на інтервал довжин хвиль , тому випишемо значення b₂ в одиницях СІ і перерахуємо його на заданий інтервал довжин хвиль:

.

Обчислення за формулою (2) дає

.

Дата добавления: 2017-02-01