Считая солнце абсолютно черным телом вычислить

Задача 539. Принимая Солнце за черное тело и учитывая, что его максимальной спектральной плотности энергетической светимости соответствует длина волны 500 нм, определите: 1) температуру поверхности Солнца; 2) энергию, излучаемую Солнцем в виде электромагнитных волн за 10 мин; 3) массу, теряемую Солнцем за это время за счет излучения.

Пример 2. Исследование спектра излучения Солнца показывает, что максимум спектральной плотности энергетической светимости соответствует длине волны λ=500 нм. Принимая Солнце за черное тело, определить: 1) энергетическую светимость Мe Солнца; 2) поток энергии Фe, излучаемый Солнцем; 3) массу m электромагнитных волн (всех длин), излучаемых Солнцем за 1 с.

Задачи для самостоятельного решения:

1. Определить, во сколько раз необходимо уменьшить термодинамическую температуру черного тела, чтобы его энергетическая светимость ослабла в 16 раз.

2. Температура внутренней поверхности муфельной печи при при открытом отверстии площадью равна Т. Принимая, что отверстие печи излучает как черное тело, определить, какая часть мощности рассеивается стенками, если потребляемая мощность составляет Р.

3. Определить, как и во сколько раз изменится излучения черного тела, если длина волны, соответствующая максимуму его спектральной плотности энергетической светимости, сместилась с л1 до л2

4. Площадь, ограниченная графиком спектральной плотности энергетической светимости r(л,Т) черного тела, при переходе от термодинамической температуры Т1 к температуре Т2 увеличилась в 5 раз. Определить, как изменится при этом длина волны лmax, соответствующая максимуму спектральной плотности энергетической светимости черного тела.

5. В результате нагревания черного тела длина волны, соответствующая максимуму спектральной плотности энергетической светимости, сместилось с л1, до л2. Определить, во сколько раз увеличилась: 1). энергетическая светимость тела; 2). максимальная спектральная плотность энергетической светимости тела. Максимальная спектральная плотность энергетической светимости черного тела возрастает по закону (r(л,Т))max=СТ^5, где С извесная постоянная величина.

6. Определить, какая длина волны соответствует максимальной спектральной плотност энергетической светимости (r(л,Т))max (С – постояннай в законе, связывающем максимальную спектральную плостность энергетической чветимости черного тела с термодинамической температурой и равна 1,3*10^(-5) Вт(м^3*K^5). 7. Считая никель черным телом, определите мощность, необходимую для поддержания температуры расплавленного никеля t неизменной, если площадь его поверхности равна S. Потерями пренебречь

8. Принимая Солнце за черное тело и учитывая, что его максимальной спектральной плотности энергетической светимости соответстует длина волны л, определить: 1). температуру поверхности Солнца; 2). энергию, излучаемую Солнцем в виде электромагнитных волн за время t; 3) массу, теряемую Солнцем за это время за счёт излучения.

9. Определить темепратуру тела, при которой оно при температуре окружающей среды t0 излучало энергии в n раз больше чем поглощало.

10. Считая, что тепловые потери обусловлены только излучением, опеределите, какую мощность необходимо подводить к медному шарику диаметром d, чтобы при температуре окружающей среды t0 поддерживать его температуру равной t. Примите поглощательную способность меди Аr.

11. Определить силу тока, протекающего по вольфрамовой проволоке диаметром d, температура которой в вакууме поддердивается постоянной и равной t. Поверхность проволоки считать серой с поглощательной способностью Ar. Удельное сопротивление проволоки при данной температуре ро. Температура окружающей проволоку среды t0

12. Используя формулу Планка, определите спектральную плотность потока излучения еденицы поверхности черного тела, приходящегося на узкий интервал длин волн дл около максимума спектральной плотности энергетической светимости, если температура черного тела T.

13. Для вольфрамовой нити при температуре T поглощательная способность Ar. Определить радиационную температуру нити.

14. Определить максимальную скорость фотоэлектронов, вырываемых с поверхности металла, если фототок прекращается при приложении задерживающего напряжения U0.

Источник

Задачи с решениями

Принимая, что Солнце излучает как абсолютно черное тело с температурой поверхности , оцените среднюю температуру земной поверхности в предположении, что Земля также является абсолютно черным телом, а роль тепловых процессов внутри Земли пренебрежимо мала. Угловой диаметр Солнца, видимый с Земли, примите равным .

В пренебрежении процессами, идущими в недрах Земли, тепловой баланс Земли определяется поглощением энергии солнечного излучения и собственным излучением в пространство. Полный поток энергии , излучаемой Солнцем по всем направлениям, в соответствии с законом Стефана–Больцмана равен

где – постоянная Стефана–Больцмана, – радиус Солнца. Часть полного потока падает на поверхность Земли и поглощается:

Здесь – радиус Земли, – расстояние от Земли до Солнца.

Такой же поток энергии Земля должна излучать в пространство, иначе ее температура не будет оставаться постоянной. Приравнивая поток излучаемой Землей энергии и поглощаемый ею поток энергии , получим:

Из этого выражения видно, что для определения нужно знать только температуру поверхности Солнца и его угловой диаметр . Числовой расчет дает значение . Этот результат весьма близок к реальному значению средней температуры поверхности Земли.

Источник

Задачи с решениями

Принимая, что Солнце излучает как абсолютно черное тело с температурой поверхности , оцените среднюю температуру земной поверхности в предположении, что Земля также является абсолютно черным телом, а роль тепловых процессов внутри Земли пренебрежимо мала. Угловой диаметр Солнца, видимый с Земли, примите равным .

В пренебрежении процессами, идущими в недрах Земли, тепловой баланс Земли определяется поглощением энергии солнечного излучения и собственным излучением в пространство. Полный поток энергии , излучаемой Солнцем по всем направлениям, в соответствии с законом Стефана–Больцмана равен

где – постоянная Стефана–Больцмана, – радиус Солнца. Часть полного потока падает на поверхность Земли и поглощается:

Здесь – радиус Земли, – расстояние от Земли до Солнца.

Такой же поток энергии Земля должна излучать в пространство, иначе ее температура не будет оставаться постоянной. Приравнивая поток излучаемой Землей энергии и поглощаемый ею поток энергии , получим:

Из этого выражения видно, что для определения нужно знать только температуру поверхности Солнца и его угловой диаметр . Числовой расчет дает значение . Этот результат весьма близок к реальному значению средней температуры поверхности Земли.

Источник

Считая солнце абсолютно черным телом вычислить

2018-09-08
Принимая, что Солнце излучает как черное тело, вычислить его энергетическую светимость $M_$ и температуру $T$ его поверхности. Солнечный диск виден с Земли под углом $\theta = 32$. Солнечная постоянная $C = 1,4 кДж/(м^ <2>\cdot с)$.

Солнечная постоянная $C$, по определению, есть величина, равная:

где $W$ — энергия, излучаемая Солнцем за время $t$; $S = 4 \pi r^<2>$ — площадь сферической поверхности, радиуса $r$ который равен среднему расстоянию Земли от Солнца.
Энергию, излучаемую Солнцем за время $t$ выразим следующим образом

где $R_$ — излучательность Солнца, т.е. энергия, которую оно излучает в единицу времени единицей поверхности; $S_<0>$ — площадь поверхности Солнца.
Подставляя выражение (2) в формулу (1) получаем

Выразим площадь поверхности Солнца $S_<0>$ через диаметр $d$ по формуле: $S_ <0>= \pi d^<2>$. Тогда,

Обратимся к рисунку. Так как угол $\theta$ мал, то можно записать, что $d = r \theta$, где угол $\theta$ выражаем в радианах. С учетом этого формула (3) принимает вид:

Отсюда определяем излучательность Солнца

Температуру поверхности Солнца определим воспользовавшись законом Стефана- Больцмана, полагая, что Солнце излучает как абсолютно черное тело.
Согласно закону Стефана — Больцмана излучательность абсолютно черного тела

Читайте также:  Пигментные пятна под глазами от солнца

где $\sigma$ — постоянная Стефана — Больцмана ($\sigma = 5,67 \cdot 10^ <-8>\frac<Вт> <м^<2>\cdot К^ <4>>$ ). Отсюда

Подставляя в это выражение значение $\sigma$ и найденное выше значение $R_$ и произведем вычисления, получим:

Источник

Считая солнце абсолютно черным телом вычислить

2018-11-09
Экспериментально установлены следующие факты:
1) угловой диаметр Солнца, наблюдаемый с Земли, составляет $\alpha = 32^< \prime>$;
2) солнечная постоянная, т. е. количество лучистой энергии, падающей каждую секунду на $1 см^<2>$ поверхности, перпендикулярной к прямой, соединяющей Землю и Солнце на расстоянии, равном расстоянию между Землей и Солнцем, составляет

$S = 0,135 лм \cdot см^ <-2>\cdot с^<-1>$;

3) постоянная Стефана — Больцмана равна

$\sigma = 5,67 \cdot 10^ <-12>лм \cdot см^ <-2>\cdot с^ <-1>\cdot К^<-4>$;

4) солнечное излучение практически соответствует излучению абсолютно черного тела.

Пользуясь вышеуказанными данными, определить:
а) температуру Земли, считая, что эта температура постоянна во времени и что Земля является абсолютно черным телом и идеальным проводником тепла (последнее предположение позволяет считать, что температура всех точек поверхности Земли одинакова);
б) температуру верхних слоев Солнца.
Примечание. Полная энергия, излучаемая за 1 с с $1 см^<2>$ поверхности абсолютно черного тела, определяется законом Стефана — Больцмана и составляет $\sigma T^<4>$, где $\sigma$ — постоянная Стефана — Больцмана, а $T$ — абсолютная температура тела.

Сначала определим температуру Земли $T_<з>$. В состоянии равновесия тело излучает столько же энергии, сколько поглощает. Поскольку вся поверхность Земли, согласно условию задачи, излучает одинаково, то энергия, потерянная Землей в 1 с в виде излучения, равна

$E_ <изл>= 4 \pi R_<з>^ <2>\sigma T_<з>^<4>$, где $R_<з>$ — радиус Земли.
Энергия, поглощенная в течение 1 с, равна произведению площади сечения Земли по большому кругу на солнечную постоянную:

Поскольку $E_ <изл>= E_<погл>$, получаем

Теперь определим температуру Солнца. Энергия, излучаемая всей поверхностью Солнца за 1 с равна

где $R_$ — радиус Солнца. Энергия солнечного излучения, проходящая через сферу, имеющую радиус, равный радиусу орбиты Земли, равна

где $R_<орб>$ — радиус орбиты Земли.
Можно считать, что $E_ = E_<орб>$, т. е.

Так как $R_ \ll R_<орб>$, отношение $R_/R_<орб>$ равно угловому радиусу Солнца, наблюдаемого с Земли:

Источник