Задание для студентов на практическое занятие №8«Тепловое излучение тел. Энергетические характеристики теплового излучения.Тепловидение и термография в медицин»е

№6 по теме

«Тепловое излучение тел и фотоэффект»

Цель занятия: Закрепить знания полученные на лекции по теме «Тепловое излучение тел и фотоэффект». Использовать эти знания для решения задач по данной теме.

Вопросы теории ( исходный уровень)

Основные характеристики теплового излучения. Законы Кирхгофа, Стефана-Больцмана, Вина. Тепловое излучение тела человека.

Энергетическая светимость, спектральная плотность энергетической светимости, монохроматический коэффициент поглощения. Абсолютно чёрное, серое и другие тела. Формула Планка. Законы теплового излучения, область их применения. Использование тепловидения и термографии в медицине. (самостоятельная подготовка)

Содержание занятия:

.

1.Ответить на вопросы .

2.Решить задачи.

Задачи по теме для ответов у доски и самостоятельного решения .

1. Спектральная плотность энергетической светимости черного тела в некотором интервале длин волн равна ελ=3х104Вт/(м2нм). Определите соответствующую спектраль­ную плотность энергетической светимости серого тела, име­ющего ту же температуру и коэффициент поглощения α=0,8?

2. При какой температуре энергетическая светимость черного тела равна Re = 500 Вт/м2?

3. При какой температуре энергетическая светимость серого тела равна Re =500Вт/м2? Коэффициент поглощения α = 0,5.

4. Определите энергию, излучаемую через смотровое окошко печи в течение t= 1 мин. Температура печи Т = 1 500 К, площадь смотрового окошка S=10 см2. Считать, что печь излучает как черное тело.

5. Найдите температуру печи, если известно, что из отверстия в ней площадью S=6 см2 излучается 7 кал в 1 с. Считать излучение близким к излучению черного тела.

6. Поверхность черного тела нагрета до температуры Т= 1 000 К. Во сколько раз изменится мощность излучения этого тела, если половину поверхности нагреть, а другую половину охладить на Δ.Т = 100 К?

7. Определите энергетическую светимость тела человека при температуре t = 36°С, принимая его за серое тело с коэф­фициентом поглощения α = 0,9.

8. Как объяснить, что железо при температуре 800°С светится, а кварц при той же температуре не светится?

9. Имеются две полости с малыми отверстиями одинаковых диаметров, равных D = 1 см, и абсолютно отражающими наружными поверхностями. Отверстия расположены друг против друга, расстояние между ними l= 10 см. В одной полости поддерживается температура Т = 1 700 К. Вычислите установившуюся температуру в другой полости.

10. Считая Солнце черным телом с температурой поверхности Т = 5 800 К, найдите солнечную постоянную. Радиус Солнца г =6,95 108 м. расстояние от Земли до Солнца l = 1,5- 10" м.

11. Вычислите энергию, теряемую человеком ежесекундно при теплообмене лучеиспусканием (и поглощением) с окружающей средой. Рассмотрите два случая: а) раздетый человек; б) человек. одетый в костюм из шерстяной ткани. Принять коэффициент поглощения кожи человека α=0,9, шерстяной ткани α =0,76, температуры поверхности кожи t1 = 30°C, поверхности ткани t2 =20°С и окружающего воздуха t3= 18°С. Площадь поверхности, через ко- торую осуществляется теплообмен лучистой энергией с окружающей средой, считать равной S=1,2м2.

12. Найдите связь между относительным изменением темпере» туры излучающего серого тела (dT/Т) и соответствующий относительным изменением его энергетической светимости (dRt/Re}. Считать dT<T.

13. Температура черного тела T = 1 000 К. На сколько процентов изменится его энергетическая светимость при повышении температуры на ΔT=1 К?

14. В медицине для диагностики ряда заболеваний получил распространение метод, называемый термографией. Он основан на регистрации различия теплового излучении здоровых и больных органов, обусловленного небольшим отличием их температур. Вычислите, во сколько раз отли­чаются термодинамические температуры и энергетические светимости участков поверхности тела человека, имеющих температуры 30,5 и 30,0°С соответственно.

15. На какую длину волны приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости следующих источников теплового излучения: а) тело человека с температурой поверхности кожи t = ЗО'С; б) спираль электрической лампочки (Т =2 000 К): в) поверхность Солнца (7 = 5800 К); г) атомная бомба, имеющая в момент взрыва температуру T= 107 К. Излучающие тела считать черными или серыми.

16. Вследствие изменения температуры серого тела максимум спектральной плотности энергетической светимости сместился с λ. = 2 400 им на λ = 800 нм. Во сколько раз изменится энергетическая светимость тела?

17. Из закона Вина получите зависимости: а) между изменением температуры dT тела и изменением длины вол­ны dλmax , соответствующей максимуму спектральной плот­ности энергетической светимости; б) между относитель­ным изменением температуры тела (dT/Т) и относитель­ным изменением длины волны, соответствующей максиму­му спектральной плотности энергетической светимости (dλmax/ λmax). Считать dT <.T .

18. На сколько сместится максимум спектральной плотности энергетической светимости при изменении температуры поверхности тела человека от t1 = 30 и до t2= 310 С? Тело человека считать серым.

19. Покажите, как можно из формулы Планка для ελ, dλmax получить εν.

20. Определите красную границу фотоэффекта для цинка и максимальную скорость фотоэлектронов, вырываемых с поверхности цинка светом с длиной волны λ = 200 нм. Работа выхода для цинка 3,74 эВ.

21. Пригоден ли барий для использования в фотоэлементе при облучении видимым светом, если работа выхода бария 2,5 эВ?

22. Определите (в электронвольтах) работу выхода электрона из рубидия, если красная граница фотоэффекта для рубидия λкр= 0,81 мкм.

23. Работа выхода электрона из лития А = 2,5 эВ. Будет ли фотоэффект при освещении лития монохроматическим светом с длиной волны λ = 50 нм?

24. Красная граница фотоэффекта у вольфрама λкр = 230 нм. Определите кинетическую энергию электронов, вырываемых из вольфрама ультрафиолетовым светом с длиной волны λ = 150 нм.

25. Красная граница фотоэффекта для калия λ.кр = 620 м Чему равна минимальная энергия фотона, вызывающего фотоэффект?

26. Найдите красную границу фотоэффекта для лития, если работа выхода А = 2,4 эВ.