Эксперимент в классе, страница 234 - гдз по физике 7 класс учебник Закирова, Аширов

Эксперимент в классе

Соедините три теплоприемника с манометрами. Расположите их под разными углами к источнику света или солнечным лучам. Проверьте изменение уровней жидкости в манометрах. С каким из теплоприемников соединен манометр, в котором разница уровней максимальная.

Решение

В данном эксперименте исследуется зависимость количества поглощаемой тепловой энергии от угла падения световых лучей. Установка состоит из теплоприемника, соединенного с манометром. Теплоприемник — это устройство, которое поглощает световую энергию и преобразует ее в тепловую, нагревая газ внутри себя.

Манометр регистрирует изменение давления этого газа. Согласно газовым законам (в частности, закону Шарля), при нагревании газа в замкнутом объеме его давление увеличивается. Это увеличение давления вызывает смещение жидкости в манометре, и разница уровней жидкости становится показателем степени нагрева газа.

Количество энергии, поглощаемой поверхностью теплоприемника, зависит от угла, под которым на нее падают лучи света. Максимальное количество энергии поглощается в том случае, когда поверхность расположена перпендикулярно к направлению лучей. При таком расположении на единицу площади поверхности приходится максимальный световой поток. Если же поверхность наклонена, то та же энергия от лучей распределяется по большей площади, и, следовательно, поглощаемая мощность уменьшается. Мощность поглощения $\text{P}$ пропорциональна косинусу угла $\theta$ между нормалью (перпендикуляром) к поверхности и направлением световых лучей: $P \propto \cos\theta$. Максимум достигается при $\theta = 0^\circ$, что соответствует перпендикулярному падению лучей на поверхность.

Следовательно, теплоприемник, расположенный перпендикулярно к лучам света, поглотит больше всего энергии, что приведет к наибольшему нагреву газа внутри него. Наибольший нагрев вызовет наибольший рост давления, который, в свою очередь, приведет к максимальной разнице уровней жидкости в соединенном с ним манометре.

Ответ: Максимальная разница уровней будет в манометре, соединенном с теплоприемником, поверхность которого расположена перпендикулярно к падающим на нее лучам света.