![]() Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь FAQ Написать работу КАТЕГОРИИ: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву ![]() Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Основные формулы и законы теплового излучения, атомной и ядерной физикиСодержание книги
Похожие статьи вашей тематики
Поиск на нашем сайте
Тепловое излучение Спектральная плотность энергетической светимости (излучательности) тела численно равна мощности излучения с единицы площади поверхности тела в интервале длин волн единичной ширины:
где Интегральная энергетическая светимость (излучательность) тела численно равна мощности излучения с единицы площади поверхности тела во всем интервале длин волн от нуля до бесконечности:
Спектральная поглощательная способность тела равна отношению мощности
Для абсолютно черного тела:
Согласно закону Кирхгофа для любого тела:
где Закон Стефана-Больцмана для излучательности абсолютно черного тела:
где Излучательность серого тела:
Первый закон Вина устанавливает связь между длиной волны
Согласно второму закону Вина максимальная плотность энергетической светимости абсолютно черного тела:
Соотношение между спектральными плотностями энергетической светимости абсолютно черного тела для длин и частот электромагнитных волн:
где Формула Планка для спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела:
где Энергия кванта электромагнитного излучения (фотона):
Атомная физика Масса и импульс фотона:
где Давление света: где
Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта:
где
Задерживающее напряжение
где Длина волны де Бройля, сопутствующая частицы массой
где Согласно первому постулату Бора движение электрона вокруг ядра возможно только по определенным стационарным орбитам, радиусы которых удовлетворяют соотношению: где Радиус
где Согласно второму постулату Бора при переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую излучается (поглощается) один фотон с энергией: где Полная механическая энергия электрона, массой
где При переходе электрона из стационарного состояния
Сериальная формула, определяющая частоту волны света, излучаемого или поглощаемого атомом водорода при переходе электрона с одной орбиты на другую:
где Соотношения неопределенностей координат и проекций импульсов микрочастицы:
т.е. произведение неопределенностей координаты и соответствующей ей проекции импульса не может быть меньше постоянной Планка. Соотношение неопределенностей энергии
Ядерная физика Атомное ядро обозначается тем же символом, что и нейтральный атом: Число ядер где Закон радиоактивного распада ядер: где Число ядер, распавшихся в течение времени Период полураспада
Среднее время Число ядер (атомов), содержащихся в радиоактивном изотопе:
где Активностью нуклида (изотопа) в радиоактивном источнике называется число распадов ядер, происходящих в образце в 1 секунду: Активность изотопа изменяется со временем по тому же закону, что и число нераспавшихся ядер:
где Удельная активность изотопа: где Правила смещения радиоактивных распадов ядер:
где Масса покоя Дефект массы ядра: где Энергия, которую необходимо затратить, чтобы расщепить ядро на отдельные нуклоны, называется энергией связи ядра: где Удельная энергия связи (энергия связи на один нуклон): Символическая запись ядерной реакции: где Символическая запись ядерной реакции может быть дана в развернутом виде, например:
Энергия ядерной реакции: где Если
Контрольное задание №6 Вариант 1 1. При нагревании абсолютно черного тела длина волны, на которую приходится максимум спектральной плотности электрической светимости, изменилась с 0,69 мкм до 0,5 мкм. Во сколько раз увеличилась при этом энергетическая светимость тела? 2. Электрическая печь потребляет мощность Р=500 Вт. Температура её внутренней поверхности при открытом небольшом отверстии диаметром d=5 см равна 700°С. Какая часть потреблённой мощности рассеивается стенками?
3. Чему равна максимальная скорость фотоэлектрона, вырываемого с поверхности платины излучением с длиной волны 50 нм? Работа выхода электронов из платины равна 5, 29 эВ. 4. Найти длину волны фотона в нм при переходе электрона с боровской орбиты номер 5 на орбиту номер 3 в водородоподобном ионе с Z=5. 5. Вычислить потенциальную энергию электрона в водородоподобном ионе с Z=6, если ион находится в возбуждённом состоянии с главным квантовым числом 7. 6. Какую энергию необходимо дополнительно сообщить протону, чтобы его дебройлевская длина волны уменьшилась от 0,2 до 0,1 нм? 7. Электрон находится в атоме водорода в состоянии 1S. Сколько различных значений может принимать проекция орбитального момента импульса этого электрона на некоторое направление? 8. Какой элемент превращается в радиоактивный изотоп 3Li8 после одного b- и одного a-распада? 9. Вычислить дефект массы, энергию связи ядра изотопа 92U235. 10. Масса радиоактивного изотопа натрия 24 равна 15 мкг, а период полураспада – 13 лет. Определить активность этого изотопа. 11. Реактор мощностью 100 МВт производит плутоний 94Pu239. Исходя из того, что в среднем при одном акте деления ядра 92U235 возникает 1,5 ядра 94Pu239. Сколько при этом образуется плутония в течение 10 дней.
Вариант 2 1. Температура абсолютно черного тела изменилась от 1000 К до 3000 К. Во сколько раз увеличилась при этом энергетическая светимость? На сколько изменилась при этом длина волны, на которую приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости? Во сколько раз увеличилась его максимальная спектральная плотность энергетической светимости? 2. Вольфрамовая нить накаливается в вакууме силой тока 1 А до температуры Т1=1000 К. При какой силе тока нить накалится до температуры Т2=3000 К? Коэффициенты излучения вольфрама и его удельные сопротивления, соответствующие температурам Т1 и Т2, равны: а1=0,115; а2=3,34; r1=2,57×10-8 Ом×м; r2=96,2×10-8 Ом×м. 3. Красная граница фотоэффекта для некоторого металла соответствует длине волны 237 нм. Определить максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов, вырываемых квантами излучения с длиной волны 53 нм. 4. Определить длину волны 3-й линии серии Бальмера в спектре атома водорода. Ответ дать в нм. 5. На атом водорода падает фотон и выбивает электрон с кинетической энергией 2 эВ. Вычислить энергию падающего фотона, если атом водорода находится в состоянии с квантовым числом 2. 6. Линейный ускоритель ускоряет протоны до энергии 200 кэВ. Определить длину волны де Бройля этих протонов.
7. Найти значение проекции собственного магнитного момента на ось z для электрона, находящегося в р-состоянии. 8. Два ядра гелия 2Не4 слились в одно ядро, и при этом был выброшен протон. Укажите, ядро какого элемента образовалось в результате такого превращения. 9. Удельная энергия связи ядра изотопа железа (массовое число 58) равна 8,79 МэВ. Найти дефект массы ядра этого изотопа. Ответ дать с точностью до 0,01 а.е.м. 10. Активность препарата уменьшилась в 250 раз. Скольким периодам полураспада Т равен прошедший промежуток времени? 11. Сколько ядер урана 92U235 должно делиться в 1 секунду, чтобы тепловая мощность ядерного реактора была равна 1 МВт?
Вариант 3 1. Абсолютно черное тело находится при температуре Т1=2900 К. В результате остывания этого тела длина волны, на которую приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости, изменилась на Dl=9 мкм. До какой температуры охладилось тело? 2. Мощность излучения абсолютно черного тела равна 10 кВт. Найти величину излучающей поверхности тела, если известно, что длина волны, на которую приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости, равна 7×10-5 см. 3. Медный шарик, удаленный от других тел, облучают монохроматическим излучением с длиной волны 116 нм. До какого максимального потенциала зарядится шарик, теряя фотоэлектроны? Работа выхода электронов из меди равна 4,47 эВ. 4. Максимальная длина волны спектральной водородной линии серии Лаймана равна 0,12 мкм. Предполагая, что постоянная Ридберга неизвестна, определите максимальную длину волны линии серии Бальмера. 5. Найти полную энергию электрона в электрон-вольтах на боровской орбите номер 4 водородоподобного иона с Z=4. 6. Определить длину волны де Бройля, соответствующую электрону с энергией 105 эВ. 7. Какое максимальное количество электронов в атоме может находиться в состоянии, описываемом набором трех квантовых чисел: главным, орбитальным и магнитным? 8. Ядро бериллия 9. Вычислить энергию ядерной реакции 10. Найти промежуток времени (в годах), в течение которого активность стронция уменьшится в 128 раз. Период полураспада стронция принять равным 28 годам. 11. Сколько энергии можно получить при расщеплении 1 г урана 92U235, если при расщеплении каждого ядра урана выделяется энергия 200 МэВ?
Вариант 4 1. Температура абсолютно черного тела изменилась при нагревании от 1000 К до 2000 К. Во сколько раз увеличился максимум спектральной плотности энергетической светимости? 2. Вольфрамовая нить накаливается в вакууме током 1 А до температуры 1000 К. При каком токе накалится до 3000 К? 3. Фотоэффект у некоторого металла начинается при частоте падающего света 608 ТГц. Определить частоту света, при которой освобождаемые им с поверхности данного металла электроны полностью задерживаются разностью потенциалов в 3В. 4. Определить длину волны спектральной линии в спектре водородоподобного иона с Z=4. Спектральная линия появилась в результате перехода электрона с пятой орбиты на первую.
5. Какую наименьшую кинетическую энергию должны иметь электроны, чтобы при возбуждении атома водорода удаление этих электронов определяло спектр водорода содержащего линию с длиной волны 97,35 нм? 6. Определить длину волны де Бройля частицы массой 1 г, летящей со второй космической скоростью (11,2 км/с). 7. Определить изменение орбитального механического момента электрона при переходе его из возбужденного состояния в основное с испусканием фотона с длиной волны l=1,02·10-7 м. 8. Определить неизвестный продукт реакции. Вычислить энергию ядерной реакции 9. Найти удельную энергию связи ядра атома алюминия 10. За восемь суток распалось 75% начального количества ядер радиоактивного изотопа. Определить период полураспада. 11. Найти постоянную распада радиоактивного кобальта, если его активность уменьшится за 65 мин на 3%. Вариант 5 1. Максимум спектральной плотности энергетической светимости яркой звезды Сириус приходится на длину волны 560 нм. Принимая звезду за абсолютно черное тело, определить температуру её поверхности. 2. С поверхности сажи площадью 2 см2 при температуре 400 К за время 5 мин излучается энергия 83 Дж. Определить коэффициент черноты сажи. 3. Найти работу выхода электрона из металла, у которого при частоте падающего света 677 ТГц начинается фотоэффект. 4. Определить длину волны спектральной линии в спектре водородоподобного иона с Z=3. Спектральная линия появилась в результате перехода электрона с 6-й орбиты на 1-ю. 5. Определить, на сколько изменится энергия электрона в атоме водорода при излучении атомом фотона с длиной волны 4,86·10-7 м. 6. Кинетическая энергия электрона равна 0,51 МэВ. Чему в этом случае равна длина волны де Бройля? 7. При движении броуновской частицы массой 10-13 г вдоль оси х неопределенность скорости составляет 1 см/с. Оценить неопределенность координаты этой частицы. 8. Написать недостающие обозначения в следующих реакциях 1)13Al27(n,α)x, 2)25Mn53(x,n)28Fe58. 9. Определить тепловой эффект термоядерной реакции 10. Найти возраст древних деревянных предметов, если удельная активность изотопа углерода С-14 у них составляет 0,6 удельной активности этого же изотопа в только что срубленных деревьях. Период полураспада С-14 равен 5570 годам. 11. Определить количество тепла, которое выделяет 5 мг радиоактивного полония-210 за период, равный среднему времени жизни этих ядер, если испускаемые альфа-частицы имеют кинетическую энергию 4 МэВ?
Вариант 6 1. На какую длину волны приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела, имеющего температуру, равную температуре человеческого тела, т.е. 37°? 2. Мощность излучения шара радиусом 10 см при некоторой температуре равна 1 кВт. Определить эту температуру, считая шар серым телом с коэффициентом поглощения 0,25. 3. Красная граница фотоэффекта для некоторого металла равна 397 нм. Найти длину волны фотона, под действием которого из данного металла вырываются электроны, максимальная скорость которых равна 873 км/с. 4. Вычислить энергию фотона, соответствующую 5-й линии в ближайшей инфракрасной серии спектра атомов водорода (серии Пашена). 5. Фотон с энергией 16 эВ выбивает электрон из покоящегося атома водорода, находящегося в основном состоянии. Определить скорость электрона вдали от атома. 6. Определить длину волны де Бройля молекулы водорода (mн2=2,4·10-27 кг), движущейся со средней квадратной скоростью при температуре 300 К. 7. Электрон заключен в области с линейными размерами порядка 0,1 нм. Какова неопределенность импульса электрона? 8. При взаимодействии a-частицы с ядрами берилия 4Ве9 образуется нейтрон и новое ядро. Чему равны атомное и зарядовое числа нового ядра. Указать, какому элементу это ядро соответствует. 9. Чему равна энергия связи, приходящаяся на один нуклон ядра атома углерода 6С12, если энергия связи этого ядра 72 МэВ. 10. Сколько альфа-частиц выбрасывает торий 90Th232 массой 1 г за сутки? Период полураспада тория 1,39∙1011 лет. 11. Определите суточный расход (массу) чистого урана U-235 атомной электростанцией тепловой мощностью 300 МВт, если энергия, выделяющаяся при акте деления, составляет 200 МэВ.
Вариант 7 1. В каких областях спектра лежат длины волн, соответствующие максимуму спектральной плотности энергетической светимости, если источником света служит: а) спираль электрической лампочки (Т=3000 К); б) атомная бомба, в которой в момент взрыва Т=107 К. 2. В излучении абсолютно черного тела максимум энергии падает на длину волны 680 нм. Сколько энергии излучается за 1 секунду с 1 см2 этого тела? 3. Найти частоту света, вырывающего с поверхности металла электроны, полностью задерживающиеся обратным потенциалом 2 В. Работа выхода для этого металла равна 3 эВ. 4. Определить максимальную и минимальную энергии фотона в видимой серии спектра водорода (серии Бальмера). 5. На водородоподобный покоящийся ион с атомным номером Z=4 падает фотон и выбивает электрон с кинетической энергией 6 эВ. Вычислить массу падающего фотона, если ион первоначально находился в состоянии с главным квантовым числом 2. 6. Найти длину волны де Бройля протона, прошедшего разность потенциалов 600 В. 7. Определить неточность в определении импульса молекулы водорода, если масса молекулы 2·10-27 кг и ее скорость 2000 м/с. Неточность в определении положения молекулы составляет 10-10 м. 8. В ядре изотопа кремния 14Si27 один из протонов превратился в нейтрон (b+-распад). Какое ядро получилось в результате такого превращения? 9. Найти удельную энергию связи ядра изотопа лития 10. Активность некоторого радиоизотопа уменьшилась в 20 раз за 20 суток. Найти его период полураспада (в сутках). 11. Период полураспада некоторого радиоактивного нуклида равен 90 мин. Определить среднюю продолжительность жизни этого нуклида (в час.) Вариант 8 1. Энергетическая светимость абсолютно черного тела равна 3 Вт/см2. Определить длину волны, отвечающую максимуму спектральной плотности энергетической светимости этого тела. 2. Температура вольфрамовой спирали в 25-ваттной лампочки равна 2450 К. Отношение её энергетической светимости к энергетической светимости абсолютно черного тела при данной температуре равно 0,3 Н. Определить величину излучающей поверхности спирали. 3. При очередном освещении поверхности некоторого металла светом с длинами волн 183 и 340 нм обнаружили, что соответствующие максимальные скорости электронов отличаются друг от друга в 2 раза. Найти работу выхода с поверхности этого металла. 4. Определить скорость электрона на боровской орбите номер 3 в атоме водорода. 5. Найти полную энергию электрона на боровской орбите номер 8 в атоме водорода. 6. Альфа – частица движется по окружности радиусом 0,26 м нормально силовым линиям однородного магнитного поля напряженностью 2,5·106 А/м. Определить длину волны де Бройля для этой альфа-частицы. 7. Неточность при измерении координаты электрона, движущегося по прямолинейной траектории, равна 1 нм. Определить неточность в определении кинетической энергии этого электрона. 8. Определить, сколько b- и a-частиц выбрасывается при превращении ядра таллия 81Tl210 в ядро свинца 82Pb206. 9. Вычислить дефект массы, энергию связи ядра и его удельную энергию связи для элемента 79Au196. 10. Один грамм радия испытывает 3,7·1010 распадов в 1 с. Определить период полураспада и постоянную распада 88Ra226. 11. Мировое потребление энергии составляет примерно 3∙1020 Дж в год. Сколько дейтерия в секунду потребовалось бы сжигать в термоядерных реакторах для обеспечения всех современных энергетических потребностей человечества?
Вариант 9 1. Имеются два абсолютно черных источника теплового излучения. Температура одного из них 2500 К. Определить температуру другого источника, если длина волны, соответствующая максимуму спектральной плотности энергетической светимости, на 0,5 мкм больше длины волны, соответствующей максимуму спектральной плотности энергетической светимости первого источника. 2. Длина волны, соответствующая максимуму энергии в спектре излучения абсолютно черного тела, равна 800 нм. Определить мощность теплового излучения, если площадь излучающей поверхности равна 20 см2. 3. На вольфрамовый катод фотоэлемента падают ультрафиолетовые лучи с длиной волны 0,1 мкм. При каком запирающем напряжении между катодом и анодом фотоэлемента фототок в цепи равен нулю (т.е. ни один фотоэлектрон не может долететь до анода)? Работа выхода электронов из вольфрама 4,5 эВ. 4. Какую скорость приобретает первоначально покоившийся атом водорода при испускании фотона, соответствующего первой линии серии Лаймана в спектре атомов водорода. 5. Вычислить энергию связи электрона в атоме водорода, который находится в возбуждённом состоянии с главным квантовым числом 2. 6. Найти дебройлевскую длину волны молекул водорода (т в=3,4·10-27кг), соответствующую их наиболее вероятной скорости при температуре 327 К. 7. Неточность в определении местоположения частицы, движущейся вдоль оси х, равна длине волны де Бройля для этой частицы. Определить относительную неточность в определении ее скорости. 8. Определить порядковый номер и массовое число изотопа, который получается из тория 90To232 после трех a- и двух b-превращений. 9. Какая энергия выделяется при слиянии двух ядер дейтерия, если в результате образуется ядро изотопа гелия 2Не3 и нейтрон. 10. Определить активность радиоактивного натрия 11Na24, масса которого 10-6 кг. 11. В процессе термоядерного синтеза 50 тонн водорода превращаются в 49644 кг гелия. Определить, сколько энергии выделится при этом.
Вариант 10 1. В центре Солнца максимум спектральной плотности энергетической светимости приходится на длину волны lo=0,47мкм. Приняв, что Солнце излучает как абсолютно черное тело, найти интенсивность солнечной радиации (т.е. плотность потока излучения) вблизи Земли за пределами её атмосферы. 2. Определить поглощательную способность серого тела, имеющего температуру 2000 К, если его поверхность площадью 2 м2 излучает за 20 секунд энергию 20 кДж. 3. Определить постоянную Планка, если известно, что фотоэлектроны, вызываемые светом с поверхности некоторого металла, полностью задерживаются запирающим напряжением 0,5 В, если частота колебаний в световой волне 0,39∙1015 Гц, а когда частота колебаний 0,75∙1015 Гц, то запирающее напряжение становится равным 2 В. 4. Зная максимальную длину волны спектральной линии серии Бальмера 656 нм, определить длины волн граничных линий в сериях Лаймана и Пашена. 5. Используя теорию Бора для атома водорода, определите радиус ближайший к ядру орбиты (первый боровский радиус и скорость движения электрона по этой орбите. 6. Найти кинетическую энергию электрона, для которого длина волны де Бройля равна 7,1 нм. 7. Типичное время существования возбужденного состояния ядер имеет порядок 10-12 с. Какова неопределенность энергии g-квантов, испускаемых ядрами? 8. Какой изотоп образуется из a-активного 9. Вычислить дефект массы ядра изотопа гелия 2Не4, если известно, что масса атома гелия равна 4,0026 а.е.м. 10. Определить, какая доля радиоактивного препарата 38Х90 распадется в течение 10 лет. 11. За какое время произойдет распад 5·10-6 грамм радия, если в начальный момент его масса составляет 0,1 грамм.
Приложение 1. Некоторые математические формулы:
2. Десятичные приставки к названиям единиц: Т – тера (1012); д – деци (10-1); н – нано (10-9); Г – гига (109); с – санти (10-2); п – пико (10-12); М – мега (106); м – милли (10-3); ф – фемто (10-15); к – кило (103); мк – микро (10-6); а – атто (10-18).
3. Некоторые внесистемные величины:
4. Основные физические постоянные:
5. Плотность газов r (кг/м3) при нормальных условиях:
|