Название: Квантовая оптика - учебное пособие (Гринберг Я.С., Ноппе М.Г., Спутай С.В.)

Жанр: Технические

Просмотров: 1469


Вопросы

1. Исходя из закона излучения Планка показать, что мощность излучения абсолютно черного тела в интервале очень длинных волн пропорциональна абсолютной температуре тела.

2. Исходя из закона излучения Планка показать, что мощность излучения абсолютно черного тела в интервале длин волн, соответствующих максимуму спектральной плотности энергетической светимости, пропорциональна пятой степени абсолютной температуры тела.

3. Сформулировать закон смещения Вина. Показать, что этот закон следует из формулы Планка.

4. Сформулировать закон излучения Стефана. Показать, что этот закон следует из формулы Планка.

5. В каком диапазоне длин волн и частот лежит видимая область электромагнитного спектра?

6. Изобразить качественно шкалу электромагнитных волн и покажите на этой шкале области видимого спектра, микроволнового излучения, радиоволн, инфракрасного и ультрафиолетового излучения, рентгеновского и гаммаизлучения.

7. Объяснить, почему излучение из небольшого отверстия, просверленного в стенке замкнутой нагретой полости, имеет свойства излучения абсолютно черного тела.

8. Дать определение абсолютно черного тела.

9. Сформулировать Закон Кирхгофа.

10. Сформулировать закон смещения Вина.

11. Сформулировать закон Стефана-Больцмана.

12. Спектральный состав излучения из небольшого отверстия, просверленного в стенке замкнутой нагретой полости, не зависит от материала, из которого выполнена оболочка полости. Почему?

13. Два шарика разного диаметра и выполненные из одного и того же материала, нагреты до одинаковой температуры, так что часть их спектра излучения находится в видимом диапазоне. Шарики находятся на одинаковом расстоянии от наблюдателя. Какой шарик (больший или меньший) будет виден лучше и почему?

14. Если смотреть внутрь полости, температура стенок которой поддерживается постоянной, то внутри нельзя рассмотреть никаких деталей. Почему?

15. Бетельгейзе – звезда в созвездии Орион – имеет температуру поверхности значительно ниже солнечной. Однако эта звезда излучает в пространство значительно больше энергии, чем Солнце. Объясните, как это может быть.

16. Электрическая лампочка мощностью 100 Вт излучает в видимом диапазоне всего несколько процентов своей энергии. Куда девается остальная энергия? Каким образом можно увеличить энергию излучения в видимом диапазоне?

17. Любое тело, абсолютная температура которого не равна нулю, излучает энергию, тем не менее в темноте не все тела видимы. Почему?

18. Какие допущения сделал Планк при решении проблемы черного излучения?

19. Подчиняются ли все раскаленные тела закону: , где коэффициент k зависит от материала тела и от его температуры?

20. Проблема черного излучения заключалась в том, что при некоторых параметрах излучения расхождение между экспериментом и классической теорией было очень велико. В чем конкретно заключалось это расхождение?

21. Мощность теплового излучения тела человека составляет примерно 1 кВт. Почему тогда в темноте человек не виден?

22. На рисунке приведены две зависимости r(l, T) для двух разных температур Т1 и Т2. Какая из этих температур больше и почему?

23. На рисунке приведены две зависимости r(n, T) для двух разных температур Т1 и Т2. Какая из этих температур больше и почему?

24. Два одинаковых тела имеют одну и ту же температуру, но одно из них находится в окружении более холодных тел, чем другое. Будут ли при таких условиях равны мощности излучения этих тел?

25. Почему цвет тела при нагревании меняется?

26. Как изменится длина волны, соответствующая максимуму испускательной способности абсолютно черного тела, если это тело окружить абсолютно поглощающей оболочкой с большей поверхностью, чем у тела, но излучающей такую же мощность, как и тело?

27. Как величина светового потока в определенном спектральном интервале связана с испускательной способностью тела?

28. Какой из приведенных ниже рисунков правильно описывает распределение энергии в спектре абсолютно черного тела для двух температур Т2 > T1?

                  

       К вопросу 28                                                 К вопросу 28

 

                      

     К вопросу 28                                                        К вопросу 28

29. На графике спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела выделены два участка, имеющие одинаковую ширину Dl (см. рисунок). Равны ли мощности излучения, приходящиеся на соответствующие интервалы длин волн Dl?

30. Во сколько раз изменится энергетическая светимость абсолютно черного тела, если его температуру увеличить в два раза?

31. Во сколько раз изменится мощность излучения абсолютно черного тела, если площадь его поверхности увеличить в два раза?

32. Два тела одинаковой формы и размеров, но обладающие разной поглощательной способностью, нагреты до одинаковой температуры и помещены в вакуум. В результате излучения эти тела остывают. На рисунке изображена зависимость температуры тел от времени в процессе остывания. Какая из этих зависимостей относится к телу с большей поглощательной способностью, ка-кая – с меньшей?

33. Длина волны, на которую приходится максимум испускательной способности абсолютно черного тела, уменьшилась в два раза. Как при этом изменится площадь, ограниченная кривой, описывающей зависимость испускательной способности от длины волны излучения? Эта площадь: а) уменьшится? б) увеличится? Во сколько раз?

34. На рисунке показаны зависимости поглощательной способности некоторых тел, имеющих одинаковую температуру, от длины волны излучения. Изобразите зависимости испускательной способности от длины волны для этих тел при той же температуре. Сравнить энергетические светимости этих тел.

35. На графике (см. рисунок), представляющем зависимость испускательной способности абсолютно черного тела от частоты, выделены два узких участка, площади которых равны. Одинаковы ли на указанных частотах n1 и n2: а) испускательная способность; б) энергетическая светимость?

36. На графике (см. рисунок) представлены две зависимости испускательной способности от частоты для двух тел, одно из которых является абсолютно черным. Температура тел одинакова. Все ординаты нижнего графика в три раза меньше ординат второго. Изобразить зависимости поглощательных способностей этих тел от длины волны.

 

              

                 К вопросу 35                                                     К вопросу 36

 

37. На графике (см. рисунок) представлены две зависимости испускательной способности от частоты для двух тел, одно из которых (кривая 1) является абсолютно черным. Температура тел одинакова. Все ординаты кривой 2 вдвое меньше ординат кривой 1 на участках l<l1 и l>l2, а на участке l1<l<l2 остаются постоянными. Изобразить зависимость поглощательной способности второго тела от длины волны.

38. На графике (см. рисунок) представлена зависимость испускательной способности абсолютно черного тела от частоты. Как, пользуясь этим графиком, определить: а) энергетическую светимость абсолютно черного тела; б) энергетическую светимость серого тела, имеющего ту же температуру и поглощательную способность a.

39. На графике (см. рисунок) представлена зависимость испускательной способности серого тела от частоты, имеющего при данной температуре поглощательную способность a. Как, пользуясь этим графиком, определить энергетическую светимость абсолютно черного тела при той же температуре?

 

            

       К вопросу 38                                           К вопросу 39

 

40. Как изменится общее количество энергии излучения абсолютно черного тела, если одну его половину охладить в два раза, а температуру второй половины понизить в два раза?

41. На рисунке показан график универсальной функции Кирхгофа. Изобразить на этом же рисунке; а) зависимость от частоты испускательной способности абсолютно черного тела; б) зависимость от частоты испускательной способности серого тела, поглощательная способность которого постоянна и равна 0,2.

42. На рисунке показана зависимость от длины волны испускательной способности для некоторого серого тела, имеющего поглощательную способность a = 0,3. Изобразить аналогичную зависимость для абсолютно черного тела при той же температуре. Как отличаются энергетические светимости этих тел?

43. Для некоторого тела его испускательная способность отлична от нуля только в диапазоне длин волн l1<l<l2. Найти энергетическую светимость тела, если в указанном диапазоне испускательная способность тела равна постоянной величине e.

44. На рисунке показаны зависимости испускательной способности серого тела от частоты излучения при двух разных температурах Т1, Т2. Изобразить аналогичные графики для абсолютно черного тела при тех же температурах. Сравнить энергетические светимости этих тел при указанных температурах.

45. На рисунке показаны зависимости испускательной способности абсолютно черного тела от частоты излучения при двух разных температурах Т1, Т2. Сравнить температуры Т1 и Т2. Изобразить аналогичные зависимости для серого тела при тех же температурах.

 

                     

        К вопросу 44                                                                    К вопросу 45