Задание 1, страница 191 - гдз по физике 9 класс учебник Закирова, Аширов

Задание 1

Объясните, почему полое тело с малым отверстием может быть моделью абсолютно черного тела. Как с помощью модели получить результаты для построения графика зависимости мощности излучения от длины излучаемой волны?

Объяснение, почему полое тело с малым отверстием является моделью абсолютно черного тела

Абсолютно черное тело — это идеализированный физический объект, который поглощает всё падающее на него электромагнитное излучение в любом диапазоне длин волн и при любом угле падения. Полое тело с малым отверстием является очень хорошей физической моделью такого объекта. Когда луч света или любая другая форма электромагнитного излучения попадает в полость через маленькое отверстие, он отражается от внутренних стенок. При каждом отражении часть энергии луча поглощается материалом стенок, а часть отражается. Поскольку отверстие очень мало по сравнению с размерами полости, вероятность того, что луч после одного или нескольких отражений сможет снова попасть в отверстие и выйти наружу, чрезвычайно мала. В результате практически всё излучение, попавшее внутрь, оказывается "в ловушке" и в конечном итоге полностью поглощается стенками полости. Таким образом, с точки зрения внешнего наблюдателя, само отверстие ведет себя как идеальный поглотитель, то есть как абсолютно черное тело.

Ответ: Полое тело с малым отверстием служит моделью абсолютно черного тела, потому что электромагнитное излучение, попавшее внутрь через отверстие, претерпевает многократные отражения от внутренних стенок и почти полностью поглощается. Вероятность выхода излучения обратно через отверстие пренебрежимо мала, поэтому коэффициент поглощения такого отверстия близок к единице, что соответствует определению абсолютно черного тела.

Получение результатов для построения графика зависимости мощности излучения от длины волны

Согласно законам термодинамики, тело, которое хорошо поглощает излучение, так же хорошо его и излучает. Модель абсолютно черного тела используется не только для изучения поглощения, но и для изучения теплового излучения. Чтобы получить экспериментальные данные для построения графика, необходимо выполнить следующие шаги:

1. Модель (полое тело) нагревают до определенной, строго постоянной температуры $T$.

2. Внутренние стенки полости, находясь при этой температуре, непрерывно излучают и поглощают энергию. Внутри полости устанавливается термодинамическое равновесие, и она заполняется электромагнитным излучением, спектральный состав которого зависит только от температуры $T$.

3. Небольшая часть этого равновесного излучения выходит наружу через отверстие. Именно это излучение и является излучением абсолютно черного тела при температуре $T$.

4. Выходящее излучение направляют на вход спектрального прибора (например, спектрометра с призмой или дифракционной решеткой). Этот прибор пространственно разделяет излучение по длинам волн $λ$.

5. С помощью чувствительного детектора (например, болометра или фотоэлемента) измеряют мощность излучения, приходящуюся на каждый узкий интервал длин волн.

6. Записав значения мощности для разных длин волн $λ$, получают набор точек. Нанеся эти точки на координатную плоскость (длина волны по оси абсцисс, мощность излучения по оси ординат), строят искомый график.

Ответ: Для получения данных модель абсолютно черного тела нагревают до постоянной температуры $T$. Затем излучение, выходящее из отверстия, пропускают через спектрометр, который разделяет его по длинам волн $λ$. Мощность излучения для каждой длины волны измеряется с помощью детектора. Полученные данные о зависимости мощности излучения от длины волны наносят на график.