5. Квантовая оптика и основы квантовой механики

5.1. Тепловое излучение

5.1. Определить температуру, при которой энергетическая светимость черного тела равна 10 кВт/м² .

5.2. Поток энергии Ф_э, излучаемый из смотрового окошка плавильной печи, равен 34 Вт. Определить температуру печи, если площадь отверстия 6 см².

5.3. Определить энергию W излучаемую за 1 минуту из смотрового окошка площадью 8 см² плавильной печи, если ее температура 1200 К.

5.4. Во сколько раз надо увеличить тем­пературу черного тела, чтобы его энергетическая светимость возросла в два раза?

5.5. Принимая коэффициент теплового излучения для угля при температуре T=600 К равным 0,8, определить: 1) энергетическую светимость угля; 2) энергию, излучаемую с поверхности угля площадью 5 см² за время 10 мин.

5.6. С поверхности сажи площадью 2 см² при температуре 400 К за время 5 минут излучается энергия 83 Дж. Опреде­лить коэффициент теплового излучения сажи.

5.7. Какую мощность излучения имеет Солнце? Излучение Солнца считать близким к излучению абсолютно черного тела. Температура поверхности Солнца =5800 К.

5.8. Определить температуру Т черного тела, при которой максимум спектральной плотности энергетической светимости (r_λ,T)_max приходится на красную границу видимого спектра (λ₁ =750 нм); на фиолетовую (λ₂=380 нм).

5.9. Максимум спектральной плотности энергетической све­тимости (r_λ,T)_max некоторой яркой звезды приходится на длину волны λ_m =580 нм. Принимая, что звезда излучает как черное тело, опре­делить температуру поверхности звезды.

5.10. Вследствие изменения температуры черного тела макси­мум спектральной плотности (r_λ,T)_max сместился с λ₁=2,4 мкм на λ₂=0,8 мкм. Как и во сколько раз изменились энергетическая светимость тела и максимальная спектральная плотность энерге­тической светимости (r_λ,T)_max?

5.11. Считая, что атмосфера поглощает 10% лучистой энергии, посылаемой Солнцем, найти мощность излучения , получаемую от Солнца горизонтальным участком Земли площадью 5000 м². Высота Солнца над горизонтом =30º. Излучение Солнца считать близким к излучению абсолютно черного тела.

5.12. Мощность излучения абсолютно черного тела =10 кВт. Найти площадь излучающей поверхности тела, если максимум спектральной плотности его энергетической светимости приходится на длину волны =700 нм.

5.13. Абсолютно черное тело имеет температуру 2900 К. В результате остывания тела длина волны, на которую приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости, изменилась на =9 мкм. До какой температуры охладилось тело?

5.14. Найти, на какую длину волны приходится максимум электромагнитного спектра излучения человеческого тела (температура 37 ºС).

5.2. Фотоэффект

5.15. Определить работу выхода электронов из натрия, если красная граница фотоэффекта λ₀=500 нм.

5.16. Какая доля энергии фотона израсходована на работу вы­рывания фотоэлектрона, если красная граница фотоэффекта λ₀ = 307 нм и максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона равна 1 эВ?

5.17. На поверхность лития падает монохроматический свет (λ=310 нм) Чтобы прекратить эмиссию электронов, нужно приложить задерживающую разность потенциалов не менее 1,7 В. Определить работу выхода.

5.18. Для прекращения фотоэффекта, вызванного облучением ультрафиолетовым светом платиновой пластинки, нужно прило­жить задерживающую разность потенциалов 3,7 В. Если пла­тиновую пластинку заменить другой пластинкой, то задерживающую разность потенциалов придется увеличить до 6 В. Определить ра­боту выхода электронов с поверхности этой пластинки.

5.19. На цинковую пластинку падает монохроматический свет с длиной волны 220 нм. Определить максимальную скорость фотоэлектронов.

5.20. Определить длину волны ультрафиолетового излучения, падающего на поверхность некоторого металла, при максимальной скорости фотоэлектронов, равной 10 Мм/с. Работой выхода элект­ронов из металла пренебречь.

5.21. При поочередном освещении поверхности металла светом с длинами волн 0,35 и 0,54 мкм обнаружено, что соответствующие минимальные скорости фотоэлектронов отличаются друг от друга в =2 раза. Найти работу выхода с поверхности этого металла.

5.22. Какую задерживающую разность потенциалов нужно приложить к фотоэлементу, чтобы прекратить эмиссию электронов, испускаемых под действием лучей с длиной волны =260 нм с поверхности алюминия, если работа выхода = 3,74 эВ?

5.23. Определить красную границу фотоэффекта для калия, если работы выхода равна 2 эВ ?

5.24. Какую максимальную скорость могут получить вырванные из калия электроны при облучении его фиолетовым светом с длиной волны 0,42 мкм? Работа выхода для калия равна 2 эВ.