Ответьте на вопросы, страница 190 - гдз по физике 9 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопросы

1. Почему Солнце можно считать абсолютно черным телом?

2. Можно ли все звезды отнести к абсолютно черным телам?

3. Почему звезды разного цвета?

4. Почему Солнце желтого цвета?

5. Почему солнечный свет разлагается на все цвета спектра?

1. Почему Солнце можно считать абсолютно черным телом?

Абсолютно черное тело — это идеализированный физический объект, который поглощает всё падающее на него электромагнитное излучение в любом диапазоне длин волн и под любым углом. При этом само тело может испускать тепловое излучение. Солнце, будучи гигантским шаром из плотной и горячей плазмы, очень близко по своим свойствам к этой модели. Любой фотон, попадающий на Солнце извне, практически со стопроцентной вероятностью поглощается его веществом и не отражается обратно. В свою очередь, излучение самого Солнца определяется его температурой и почти идеально соответствует теоретической кривой излучения абсолютно черного тела с температурой поверхности около 5778 К. Хотя в солнечном спектре есть линии поглощения (фраунгоферовы линии), вызванные более холодными элементами в его атмосфере, в целом модель абсолютно черного тела очень точно описывает его излучение. Это позволяет астрофизикам успешно применять законы излучения черного тела для изучения Солнца.

Ответ: Солнце можно считать абсолютно черным телом, так как оно поглощает практически всё падающее на него излучение, а спектр его собственного излучения определяется его температурой и очень хорошо описывается соответствующими физическими законами для абсолютно черного тела.

2. Можно ли все звезды отнести к абсолютно черным телам?

Да, так же как и Солнце, подавляющее большинство звезд с высокой степенью точности можно моделировать как абсолютно черные тела. Причина та же: звезды состоят из плотной горячей плазмы, которая является почти идеальным поглотителем излучения. Непрерывный спектр излучения любой звезды определяется главным образом температурой ее видимой поверхности (фотосферы). Спектральное распределение энергии в излучении звезд хорошо согласуется с законом Планка для абсолютно черного тела. Наличие линий поглощения или испускания в спектрах конкретных звезд является отклонением от идеальной модели, но эти линии не меняют общей картины: основной поток энергии от звезд описывается именно законами теплового излучения. Модель абсолютно черного тела является фундаментальным инструментом в астрофизике, позволяющим определять температуру, светимость, радиус и другие параметры звезд по их излучению.

Ответ: Да, все звезды можно с высокой точностью рассматривать как абсолютно черные тела, поскольку их природа (плотная горячая плазма) и характер излучения (определяемый температурой) соответствуют свойствам этой физической модели.

3. Почему звезды разного цвета?

Цвет звезды напрямую связан с температурой ее поверхности. Согласно закону смещения Вина, длина волны, на которую приходится максимум излучения абсолютно черного тела ($ \lambda_{max} $), обратно пропорциональна его абсолютной температуре ($ T $):

$ \lambda_{max} = \frac{b}{T} $

где $ b $ — постоянная Вина. Это означает, что:

• Очень горячие звезды (с температурой поверхности свыше 10 000 – 25 000 К) имеют пик излучения в коротковолновой, сине-фиолетовой или даже ультрафиолетовой части спектра. Поэтому они воспринимаются нами как голубые или бело-голубые.
• Относительно холодные звезды (с температурой около 3 000 К) излучают максимум энергии в длинноволновой, красной части спектра. Поэтому они выглядят красными или оранжевыми.
• Звезды с промежуточной температурой, как наше Солнце (около 6 000 К), имеют пик излучения в середине видимого спектра (зелено-желтая область) и кажутся нам желтыми или белыми.

Таким образом, наблюдаемый цвет звезды является надежным индикатором температуры ее фотосферы.

Ответ: Цвет звезды определяется температурой ее поверхности. Согласно закону смещения Вина, чем горячее звезда, тем сильнее ее излучение смещено в синюю (коротковолновую) область спектра, а чем холоднее — тем больше в красную (длинноволновую).

4. Почему Солнце желтого цвета?

Хотя пик излучения Солнца приходится на зеленую часть спектра, человеческий глаз воспринимает цвет как сумму всех излучаемых длин волн. Солнце излучает мощно во всех частях видимого спектра — от фиолетового до красного. Смешение всех этих цветов дает белый цвет. Именно таким, ослепительно белым, видят Солнце космонавты на орбите, за пределами земной атмосферы.

Желтый оттенок Солнце приобретает при наблюдении с поверхности Земли из-за эффекта, называемого рэлеевским рассеянием. Молекулы газов в атмосфере (в основном азота и кислорода) рассеивают коротковолновый свет (синий и фиолетовый) значительно эффективнее, чем длинноволновый (желтый, оранжевый, красный). Когда солнечный свет проходит через атмосферу, часть синего и фиолетового света рассеивается во все стороны (именно поэтому мы видим небо голубым). Прямой луч света, который доходит до наших глаз, оказывается обедненным синей частью спектра, и мы воспринимаем его как желтоватый. На закате или восходе, когда свет проходит через еще более толстый слой атмосферы, рассеивается еще больше синего и даже зеленого света, и Солнце приобретает оранжевый или красный цвет.

Ответ: Солнце кажется желтым из-за рассеяния света в земной атмосфере. Атмосфера рассеивает синюю часть спектра сильнее, чем красную, поэтому доходящий до наблюдателя прямой солнечный свет содержит больше желтых и красных лучей. В космосе Солнце выглядит белым.

5. Почему солнечный свет разлагается на все цвета спектра?

Солнечный свет разлагается на спектр из-за явления, называемого дисперсией света. Сам по себе солнечный свет не является монохроматическим (одноцветным), а представляет собой "белый свет" — смесь электромагнитных волн разной длины, которые соответствуют всем цветам видимого спектра: красному, оранжевому, желтому, зеленому, голубому, синему и фиолетовому.

Дисперсия возникает, когда свет проходит из одной среды в другую (например, из воздуха в стекло или воду). Показатель преломления вещества зависит от длины волны света: для волн меньшей длины (фиолетовый свет) он, как правило, больше, чем для волн большей длины (красный свет). Из-за этой зависимости, при прохождении через преломляющую среду, например, стеклянную призму, лучи разного цвета отклоняются (преломляются) на разные углы. Фиолетовый свет преломляется сильнее всего, а красный — слабее всего. В результате единый пучок белого света "растягивается", образуя непрерывную полосу цветов, которую мы и называем спектром. Классическим примером этого явления в природе является радуга, где роль призм выполняют капли дождевой воды.

Ответ: Солнечный свет разлагается на спектр из-за явления дисперсии, которое заключается в том, что при прохождении через преломляющую среду (например, призму) свет с разной длиной волны (разного цвета) преломляется под разными углами, разделяясь на составляющие.