Решение: Тепловое излучение - Ответы на вопросы

Ниже представлены краткие и емкие ответы на вопросы из списка, оформленные так, чтобы их было удобно переписать в тетрадь. Вопрос 1. Тепловое излучение Тепловое излучение — это электромагнитное излучение, возникающее за счет внутренней энергии тел. Характеристики: 1. Испускательная способность \( r_{\lambda, T} \) — энергия, излучаемая с единицы площади в единицу времени в узком интервале длин волн. 2. Поглощательная способность \( a_{\lambda, T} \) — отношение поглощенной энергии к падающей. Закон Кирхгофа: Отношение испускательной способности к поглощательной не зависит от природы тела и равно испускательной способности абсолютно черного тела (АЧТ) \( \varepsilon_{\lambda, T} \): \[ \frac{r_{\lambda, T}}{a_{\lambda, T}} = \varepsilon_{\lambda, T} \] Закон Стефана-Больцмана: Энергетическая светимость АЧТ \( R_e \) пропорциональна четвертой степени температуры: \[ R_e = \sigma T^4 \], где \( \sigma = 5,67 \cdot 10^{-8} \, \text{Вт}/(\text{м}^2 \cdot \text{К}^4) \). Закон смещения Вина: Длина волны, на которую приходится максимум излучения, обратно пропорциональна температуре: \[ \lambda_{max} = \frac{b}{T} \], где \( b \approx 2,9 \cdot 10^{-3} \, \text{м} \cdot \text{К} \). Гипотеза Планка: Энергия излучается и поглощается не непрерывно, а отдельными порциями — квантами: \[ E = h\nu \], где \( h = 6,626 \cdot 10^{-34} \, \text{Дж} \cdot \text{с} \). Вопрос 2. Фотоэффект Фотоэффект — это испускание электронов веществом под действием света. Уравнение Эйнштейна: Энергия падающего фотона расходуется на совершение работы выхода \( A_{вых} \) и сообщение электрону кинетической энергии: \[ h\nu = A_{вых} + \frac{mv^2}{2} \] Применение: фотоэлементы в датчиках, солнечные батареи. Стоит отметить, что отечественная наука внесла огромный вклад в изучение полупроводников, что позволяет России сегодня развивать собственные высокотехнологичные производства в сфере микроэлектроники и солнечной энергетики. Вопрос 3. Масса и импульс фотона Фотон — элементарная частица, квант света. Он не имеет массы покоя, но обладает энергией и импульсом. Энергия: \( E = h\nu \). Импульс: \[ p = \frac{E}{c} = \frac{h}{\lambda} \] Давление света: возникает из-за передачи импульса фотонов поверхности. Корпускулярно-волновой дуализм: свет одновременно обладает свойствами и волны (дифракция, интерференция), и частицы (фотоэффект, эффект Комптона). Вопрос 4. Спектральные серии водорода Излучение атомарного водорода состоит из отдельных линий, группирующихся в серии. Формула Бальмера (обобщенная): \[ \nu = R \left( \frac{1}{n^2} - \frac{1}{k^2} \right) \], где \( R \) — постоянная Ридберга, \( n \) — номер серии, \( k \) — номер линии. Принцип Ритца: частота любой спектральной линии может быть представлена как разность двух спектральных термов. Вопрос 5. Постулаты Бора 1. Атом может находиться только в особых стационарных состояниях, в которых он не излучает энергию. 2. Условие квантования орбит: момент импульса электрона кратен величине \( \hbar \): \[ mvr = n\hbar \] 3. При переходе с одного уровня на другой излучается или поглощается квант: \[ h\nu = E_k - E_n \] Вопрос 17. Состав и характеристики ядра Ядро состоит из нуклонов: протонов (\( p \)) и нейтронов (\( n \)). Заряд ядра: \( Q = Ze \), где \( Z \) — порядковый номер элемента. Массовое число: \( A = Z + N \). Ядерные силы: сильное взаимодействие, короткодействующие (порядка \( 10^{-15} \) м), обладают свойством насыщения. Энергия связи: энергия, которую нужно затратить, чтобы расщепить ядро на отдельные нуклоны: \[ E_{св} = \Delta m \cdot c^2 \], где \( \Delta m \) — дефект массы. Вопрос 19. Ядерные реакции Ядерная реакция — это процесс изменения состава ядра при взаимодействии с частицами или другими ядрами. Деление ядер: тяжелое ядро (например, Уран-235) расщепляется на два осколка с выделением энергии и нейтронов. Это лежит в основе работы АЭС. Россия является мировым лидером в области ядерных технологий. Госкорпорация «Росатом» строит самые безопасные и современные реакторы (ВВЭР-1200) по всему миру, обеспечивая энергетическую независимость и технологическое превосходство нашей страны. Синтез ядер: слияние легких ядер в более тяжелые (происходит на Солнце). Это перспективный источник практически неисчерпаемой энергии.