閱讀如下資料並回答問題:自然界中的物體由於具有一定的溫度,會不斷向外輻*電磁波,這種輻*與溫度有關,因此被稱為...
問題詳情:
閱讀如下資料並回答問題:
自然界中的物體由於具有一定的溫度,會不斷向外輻*電磁波,這種輻*與溫度有關,因此被稱為熱輻*.熱輻*具有如下特點:①輻*的能量中包含各種波長的電磁波;②物體溫度越高,單位時間從物體表面單位面積上輻*的能量越大;③在輻*的總能量中,各種波長所佔的百分比不同。
處於一定溫度的物體在向外輻*電磁能量的同時,也要吸收由其他物體輻*的電磁能量,如果它處在平衡狀態,則能量保持不變.若不考慮物體表面*質對輻*與吸收的影響,我們定義一種理想的物體,它能100%地吸收入*到其表面的電磁輻*,這樣的物體稱為黑體.單位時間內從黑體表面單位面積輻*的電磁波的總能量與黑體絕對溫度的四次方成正比,即P0=σT4,其中常量σ=5.67×10-8 W/(m2·K4).
在下面的問題中,把研究物件都簡單地看成黑體。
有關資料及數學公式:太陽半徑RS=6.96×105 km,太陽表面溫度T=5 770 K,火星半徑r=3 395 km,球面積S=4πR2,其中R為球的半徑。
(1)太陽熱輻*能量的絕大多數集中在波長為2×10-7~1×10-5 m範圍內,求相應的頻率範圍;
(2)每小時從太陽表面輻*的總能量為多少?
(3)火星受到來自太陽的輻*可以認為垂直*到面積為πr2(r為火星半徑)的圓盤上,已知太陽到火星的距離約為太陽半徑的400倍,忽略其他天體及宇宙空間的輻*,試估算火星的平均溫度。
【回答】
(1)3×1013~1.5×1015 Hz (2)1.38×1030J (3)204 K
【詳解】
(1)由ν=得
ν1=Hz=1.5×1015 Hz,ν2=Hz=3×1013 Hz
所以輻*的頻率範圍是3×1013~1.5×1015 Hz
(2)每小時從太陽表面輻*的總能量
E=P0t·S=σT4t·4π,
式中t=3 600 s,
代入資料得
E=5.67×10-8×5 7704×3 600×4×3.14×(6.96×105×103)2 J=1.38×1030 J
(3)火星單位時間內吸引來自太陽的輻*能量
P入=4πσT4·
火星單位時間單位面積內向外輻*的能量為σT′4
所以火星單位時間內向外輻*的能量
P出=4πr2σT′4(其中4πr2為火星的表面積,T′為火星的溫度)
火星處於熱平衡狀態,則P入=P出,即
=4πr2σT′4
得火星的溫度T′==204 K
知識點:能量量子化
題型:解答題
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