Топлинно излъчване. Закони на Стефан и Вин

Проверете се: 20 въпроса

Натиснете въпроса, за да видите верния отговор и обяснението.

1. Какво е абсолютно черно тяло?

   • Тяло, което не излъчва нищо
   • Тяло, боядисано в черно
   • Тяло с температура 0 K
   • Тяло, което поглъща цялото падащо върху него лъчение

   Отговор: Тяло, поглъщащо цялото падащо лъчение

   То е и идеален излъчвател; добър модел е малък отвор в затворена кухина.

2. Какъв цвят имат звездите с най-висока повърхностна температура?

   • Червени
   • Оранжеви
   • Жълти
   • Синьо-бели

   Отговор: Синьо-бели

   С повишаване на температурата максимумът на излъчването се премества към късите вълни.

3. Кое не можеше да обясни класическата физика в края на XIX век?

   • Отражението на светлината
   • Пречупването на светлината
   • Закона на Кулон
   • Спектъра на топлинното излъчване на черното тяло

   Отговор: Спектъра на черното тяло

   Класическата теория предсказваше безкрайна енергия при късите вълни („ултравиолетова катастрофа“).

4. При какви температури телата излъчват електромагнитни вълни?

   • Само над 500 °C
   • Само когато светят
   • При всяка температура над абсолютната нула
   • Само над 0 °C

   Отговор: При всяка температура над 0 K

   При стайна температура излъчването е в инфрачервената област.

5. Температурата на кожата на човек е около 310 K. При каква дължина на вълната е максимумът на излъчването ѝ? (b = 2,9·10⁻³ m·K)

   • ≈ 935 nm
   • ≈ 9,4 μm
   • ≈ 0,94 mm
   • ≈ 94 μm

   Отговор: ≈ 9,4 μm (инфрачервено)

   λ_max = b/T = 2,9·10⁻³/310 ≈ 9,4·10⁻⁶ m.

6. Как се изменя цветът на метална пръчка, когато я нажежаваме все повече?

   • От бял към червен
   • От син към червен
   • От червен към жълт и бял
   • Не се изменя

   Отговор: От червен към жълт и бял

   С растежа на температурата максимумът на излъчването се измества към по-къси вълни.

7. Кой учен въвежда през 1900 г. идеята, че енергията се излъчва на порции (кванти)?

   • Алберт Айнщайн
   • Макс Планк
   • Нилс Бор
   • Исак Нютон

   Отговор: Макс Планк

   Планк обяснява спектъра на черното тяло с допускането, че E = hν.

8. Защо тъмните дрехи се нагряват повече на слънце от светлите?

   • Поглъщат повече от падащото лъчение
   • Отразяват повече светлина
   • Излъчват студ
   • Имат по-голяма маса

   Отговор: Поглъщат повече от падащото лъчение

   Тъмните повърхности поглъщат по-голяма част от лъчението и я превръщат в топлина.

9. Кое тяло е добър модел на абсолютно черно тяло?

   • Повърхност, боядисана в черно
   • Огледало
   • Парче лед
   • Малък отвор в затворена кухина

   Отговор: Малък отвор в затворена кухина

   Лъчението, влязло през отвора, се отразява многократно вътре и практически не излиза навън.

10. Как се нарича закономерността, че телата, които поглъщат по-добре лъчение, по-добре и излъчват?

    • Закон на Вин
    • Закон на Кирхоф за излъчването
    • Закон на Стефан-Болцман
    • Закон на Хъбъл

    Отговор: Закон на Кирхоф за излъчването

    Според закона на Кирхоф отношението на излъчвателната към поглъщателната способност е еднакво за всички тела при една температура.

11. Как зависи мощността на излъчване на абсолютно черно тяло от абсолютната му температура (закон на Стефан-Болцман)?

    • Пропорционална е на T⁴
    • Пропорционална е на T
    • Пропорционална е на T²
    • Не зависи от T

    Отговор: ∝ T⁴

    P = σST⁴, където σ е константата на Стефан-Болцман.

12. Абсолютната температура на тяло се удвоява. Колко пъти се увеличава мощността му на излъчване?

    • 2 пъти
    • 4 пъти
    • 8 пъти
    • 16 пъти

    Отговор: 16 пъти

    2⁴ = 16.

13. Максимумът в спектъра на Слънцето е около 500 nm. Колко е температурата на повърхността му? (b = 2,9·10⁻³ m·K)

    • ≈ 580 K
    • ≈ 58 000 K
    • ≈ 5800 K
    • ≈ 1450 K

    Отговор: ≈ 5800 K

    T = b/λ_max = 2,9·10⁻³/5·10⁻⁷ = 5800 K.

14. Как се изменя λ_max на излъчването, ако абсолютната температура се увеличи 3 пъти?

    • Увеличава се 3 пъти
    • Намалява 81 пъти
    • Не се изменя
    • Намалява 3 пъти

    Отговор: Намалява 3 пъти

    По закона на Вин λ_max·T = const.

15. С колко процента приблизително нараства мощността на излъчване, ако абсолютната температура нарасне с 10%?

    • 10%
    • ≈ 46%
    • ≈ 21%
    • 100%

    Отговор: ≈ 46%

    1,1⁴ ≈ 1,46.

16. Как гласи законът на Вин за отместването?

    • λ_max = bT
    • λ_max/T = b
    • λ_max·T = b
    • λ_max = bT⁴

    Отговор: λ_max·T = b

    Дължината на вълната на максимума е обратно пропорционална на абсолютната температура.

17. Какъв цвят има звезда с повърхностна температура около 3000 K в сравнение със Слънцето?

    • Синкав
    • Червеникав
    • Виолетов
    • Зелен

    Отговор: Червеникав

    При по-ниска температура λ_max е по-голяма (около 1 μm) и звездата изглежда червеникава.

18. Каква е мерната единица на константата на Стефан-Болцман σ?

    • W/(m²·K⁴)
    • J·s
    • m·K
    • W/K

    Отговор: W/(m²·K⁴)

    От P/S = σT⁴ следва, че σ се измерва в W/(m²·K⁴).

19. Каква мощност излъчва 1 m² от абсолютно черно тяло при 1000 K? (σ = 5,67·10⁻⁸ W/(m²·K⁴))

    • ≈ 5,7 W
    • ≈ 57 W
    • ≈ 5,7 MW
    • ≈ 57 kW

    Отговор: ≈ 57 kW

    P = σST⁴ = 5,67·10⁻⁸ · 1 · 10¹² ≈ 5,7·10⁴ W.

20. Защо крушките с нажежаема жичка са неикономични източници на светлина?

    • Жичката е твърде гореща
    • Стъклото поглъща светлината
    • Токът е променлив
    • Максимумът на излъчването им е в инфрачервената област

    Отговор: Максимумът на излъчването им е в инфрачервената област

    При около 3000 K λ_max = b/T ≈ 1 μm, затова по-голямата част от енергията е невидимо топлинно лъчение.