Страница 247 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

Вспомните, с какими источниками теплового излучения вы сталкиваетесь в повседневной жизни. Все ли источники для вас полезны?

С какими источниками теплового излучения вы сталкиваетесь в повседневной жизни?

В повседневной жизни мы постоянно сталкиваемся с разнообразными источниками теплового излучения. Тепловое излучение — это электромагнитное излучение, испускаемое любым телом, температура которого выше абсолютного нуля. Эти источники можно условно разделить на естественные и искусственные.

Естественные (природные) источники:

– Солнце — самый мощный и важный для нас источник теплового излучения. Оно согревает нашу планету, обеспечивая условия для существования жизни.

– Огонь — например, пламя костра в походе, огонь в камине или даже пламя свечи.

– Живые организмы, включая людей и животных. Наши тела имеют температуру около 36,6 °C и постоянно излучают тепловую энергию в окружающее пространство.

Искусственные (созданные человеком) источники:

– Отопительные приборы: батареи центрального отопления, электрические обогреватели всех типов (масляные, инфракрасные, конвекторы).

– Нагревательные бытовые приборы: электрические и газовые плиты, духовки, микроволновые печи (тепло излучает нагретая в ней пища), утюги, фены, бойлеры.

– Осветительные приборы: в первую очередь, лампы накаливания, которые преобразуют большую часть потребляемой электроэнергии в тепло, а не в свет.

– Работающая техника и электроника: компьютеры (особенно процессор и видеокарта), телевизоры, зарядные устройства для телефонов — все они нагреваются во время работы и являются источниками теплового излучения.

Ответ: В повседневной жизни мы сталкиваемся с естественными источниками теплового излучения (Солнце, огонь, живые организмы) и искусственными (отопительные и бытовые приборы, лампы накаливания, различная электроника).

Все ли источники для вас полезны?

Нет, не все источники теплового излучения и не во всех ситуациях являются полезными. Польза или вред конкретного источника часто определяются возможностью его контролировать и интенсивностью излучения.

Полезные источники и их применения:

– Солнечное тепло в умеренных количествах необходимо для жизни, сельского хозяйства, обогрева и просто хорошего самочувствия.

– Отопительные приборы жизненно важны в холодное время года для создания комфортных условий в помещениях.

– Тепло от кухонных приборов мы целенаправленно используем для приготовления пищи.

– Контролируемый огонь (костер, камин) используется для обогрева, приготовления еды и создания уюта.

Вредные или нежелательные проявления теплового излучения:

– Избыточное солнечное излучение может привести к солнечным ожогам, тепловому удару и повышает риск развития серьезных заболеваний кожи.

– Неконтролируемый огонь в виде пожара — это стихийное бедствие, которое несет разрушения и угрозу жизни.

– Раскаленные поверхности бытовых приборов (конфорка плиты, подошва утюга) могут стать причиной сильных ожогов при случайном контакте.

– Тепло, выделяемое электроникой, является побочным, нежелательным продуктом. Оно приводит к бесполезной трате электроэнергии и требует установки систем охлаждения, чтобы предотвратить перегрев и выход устройств из строя.

Таким образом, даже такой жизненно важный источник, как Солнце, может быть опасен. Ключевым фактором является контроль над источником и дозировка его воздействия.

Ответ: Нет, не все источники теплового излучения полезны. Их польза или вред зависят от ситуации: контролируемое тепло от обогревателя полезно, а неконтролируемое тепло от пожара — вредно; умеренное солнечное тепло необходимо для жизни, а его избыток — опасен для здоровья.

Подумайте, можно ли сказать, что источники теплового излучения — это источники света.

Решение

Нет, не всегда можно сказать, что источники теплового излучения — это источники света. Связь между тепловым излучением и светом сложнее и зависит в первую очередь от температуры тела.

Любое тело, температура которого выше абсолютного нуля ($0$ К или $-273.15$ °C), испускает электромагнитное излучение, которое называется тепловым. Интенсивность и спектральный состав этого излучения определяются температурой тела. Чем выше температура, тем больше полная энергия излучения и тем короче длина волны, на которую приходится максимум его интенсивности. Эта зависимость описывается законом смещения Вина: $ \lambda_{max} = b/T $, где $ \lambda_{max} $ — длина волны максимальной интенсивности, $ T $ — абсолютная температура, а $ b $ — постоянная Вина.

Свет, или видимое излучение, — это лишь узкая часть спектра электромагнитных волн (примерно от 400 до 750 нанометров), которую способен воспринимать человеческий глаз.

Рассмотрим два случая:

1. Тела, не являющиеся источниками света. Большинство тел вокруг нас (например, человеческое тело, мебель, остывающий чайник) имеют относительно низкую температуру. Они являются источниками теплового излучения, но испускают его преимущественно в невидимом для глаза инфракрасном диапазоне. Мы ощущаем это излучение как тепло, но не видим его. Например, температура человеческого тела около $310$ К, и максимум его излучения приходится на длину волны около 9-10 микрометров, что далеко за пределами видимого спектра.
2. Тела, являющиеся источниками света. Чтобы тело стало источником видимого света за счет теплового излучения (этот процесс называется накаливанием), его нужно нагреть до очень высоких температур. Например, при температуре около 800 К (примерно 530 °C) тело начинает тускло светиться красным цветом. По мере дальнейшего нагревания цвет свечения меняется на оранжевый, желтый и, наконец, белый. Примерами таких источников являются нить накаливания в лампочке (температура ~2700-3300 К) или поверхность Солнца (температура ~5800 К). Эти объекты являются одновременно и мощными источниками теплового излучения, и источниками света.

Таким образом, хотя некоторые источники света (раскаленные тела) являются источниками теплового излучения, обратное утверждение неверно. Подавляющее большинство источников теплового излучения не являются источниками света, так как их температура недостаточно высока для испускания волн в видимой части спектра.

Ответ: Нет, нельзя сказать, что все источники теплового излучения являются источниками света. Источником теплового излучения является любое тело с температурой выше абсолютного нуля, однако источником видимого света оно становится только при нагреве до достаточно высоких температур (сотни и тысячи градусов Цельсия), когда значительная часть его теплового излучения попадает в видимый диапазон спектра. Объекты с невысокой температурой (например, человек или батарея отопления) излучают тепло, но не свет.