Виртуальный эксперимент «Излучение абсолютно черного тела». PHET Colorado interactive simulations  «Blackbody Spectrum»

1)      Спектральный анализ особенно ценен для изучения тел, изучать которые напрямую либо очень сложно, либо в принципе невозможно, например, звезды. Изучая спектры звезд, астрономы узнают многие параметры звезд во Вселенной, в том числе и очень точно оценить ее температуру. Спектральный аппарат, устанавливаемый на телескопе, раскладывает свет звезды по длинам волн в полоску спектра. В этой симуляции вы можете наблюдать спектр испускаемого излучения, изменяя температуру тела и интенсивность его излучения. В работе можно наблюдать спектры Солнца, лампы накаливания, печи, Земли.

a)      По спектру можно узнать, какая энергия приходит от звезды на различных длинах волн, а так же  можно определить среднюю температуру поверхности звезды.  Изменяя температуру, можно заметить, что изменяется расположение максимума кривой зависимости  интенсивности (мощности) излучения от  длины волны.

i)       Если мы наблюдаем спектр звезды и обнаруживаем, что пиковая мощность возникает на границе между красным и инфракрасным светом, то какова приблизительная температура поверхности звезды? (в градусах С).  Кнопками «+» и «-» можно добиться, чтобы кривая находилась в области спектра.

ii) Если мы наблюдаем спектр звезд и обнаруживаем, что пиковая мощность возникает на границе между синим и ультрафиолетовым светом, какова температура поверхности звезды? (в градусах С)

b). Лампы накаливания работают при 2500 градусах С.

i) Какова длина волны, на которой излучается наибольшая мощность для лампочки, работающей при 2500 C?

ii) Объясните, почему обычные лампы накаливания тратят много энергии. Обязательно укажите ваши рассуждения.

2)      Исследуйте, как наблюдаемый спектр реагирует на изменение температуры. Обратите внимание, что вы можете изменять температуру только здесь, но следует учитывать, как изменится спектр (мощность в зависимости от цвета), если вы измените другие характеристики объекта.

a)      Внимательно прочтите утверждения и отметьте «согласен» или «не согласен»

i)       Если снижать температуру объекта, не изменяя интенсивность излучения, в некоторых случаях количество энергии, излучаемой для длины  волны 1000 нм, будет увеличиваться.

ii)     Если снижать температуру объекта, не изменяя интенсивность излучения, в некоторых случаях количество энергии, излучаемой для длины  волны 1000 нм, общее количество выделяемой энергии уменьшается во всех случаях.

iii)   Если бы вы увеличили площадь поверхности нити накала лампы, но оставили ее температуру неизменной, большая часть излучаемой мощности излучалась бы в виде инфракрасного излучения.

3)      Используйте Spectrum Simulation для исследования изменения интенсивности света на видимых длинах волн от изменения температуры в пределах от 2500° C до 2000° C.

a)      Каково примерное соотношение между мощностями, излучаемыми при 500 нм при 2000 градусах С, к мощности при 2500 градусах Цельсия., то есть мощностью, излучаемой при 500 нм при 2000 градусах Цельсия., деленной на величину мощности при 500 нм при градусах 2500 ° С?

ii) В вопросе 1b мы нашли длину волны для максимальной мощности колбы лампы накаливания, работающей при 2500 ° C. градусах С. Какова приблизительная пиковая длина волны для колбы, работающей при 2000 градусах Цельсия?

4) Устанавите  температуру нити накала 2600 градусов Цельсия. Лампа накаливания имеет площадь 6,45 x 10^-4 м² и излучательную способность 0,8. Сколько электроэнергии она должна потребить?