Transcript
Zestaw 5
Elektronika_2, rok 1
1. Stu-watowa żarówka emituje izotropowo 3% swojej energii jako światło widzialne (o średniej długości 550 nm). Oblicz ile średnio fotonów na sekundę trafia do źrenicy (o średnicy 4 mm) oka człowieka znajdującego się w odległości 1 km od żarówki. 2. W procesie fotosyntezy wystarczy 9 fotonów do połączenia cząsteczki CO2 i wody dając w efekcie węglowodany i O2. W odwrotnej reakcji spalania, przy otrzymywaniu 1 cząsteczki CO2 uzyskuje się 4,9 eV energii. Określ sprawność procesu fotosyntezy przy oświetleniu światłem o długości 670 nm. 3. Ciało doskonale czarne w postaci kuli o promieniu R = 5 cm w stałej temperaturze T promieniuje energię w ilości Φ = 8.37·104 J/min. Obliczyć temperaturę ciała T. 4. Przy jakiej długości fali przypada maksimum promieniowania Słońca, jeżeli temperatura powierzchni Słońca wynosi T = 5750 K. Przy jakiej długości fali przypada maksimum promieniowania ciała doskonale czarnego, którego temperatura równa się temperaturze ludzkiego ciała T = 37 ºC? 5. Jaką ilość energii wysyła powierzchnia 1 m2 ciała doskonale czarnego w ciągu 1 sekundy, jeżeli wiadomo, że maksimum promieniowania przypada na długość fali λ = 0,5 µm. 6. W czasie podgrzewania ciała doskonale czarnego maksimum promieniowania przesunęło się od długości fali λ1 = 700 nm do λ2 = 500 nm. Ile razy wzrosła moc wypromieniowania ciała? 7. Obliczyć jaką ilość energii otrzymuje w ciągu 1 min powierzchnia 1 m2 w górnej warstwie atmosfery wskutek promieniowania Słońca, jeżeli temperatura powierzchni Słońca wynosi 5750 K, a promień Słońca 695,6·103 km. Zakładamy że Słońce promieniuje tak jak ciało doskonale czarne. Odległość Ziemi od Słońca jest równa 1,495·108 km. Jaką energię wysyła słońce w ciągu 1 minuty? 8. Światło pomarańczowe o częstotliwości ν1 = 5⋅1014 Hz, padając na pewien metal wybija z niego fotoelektrony. Częstotliwość ta jest częstotliwością graniczną dla zjawiska fotoelektrycznego w tym metalu. (1 eV = 1,6⋅10-19 J) a. Jaka barwa światła wywoła na pewno zjawisko fotoelektryczne? b. Oblicz pracę wyjścia z tego metalu mając daną stałą Plancka h = 6,63⋅10-34 J⋅s. c. Czy oświetlając płytkę światłem o długości λ2 = 0,8 λ1 zaobserwujemy efekt fotoelektryczny? Jeżeli tak, to określ jak wówczas zmieni się prędkość fotoelektronów. 9. Wiedząc, że natężenie oświetlenia jest odwrotnie proporcjonalne do kwadratu odległości od źródła światła oszacuj, jak zmieni się prędkość fotoelektronów gdy odległość źródła światła od powierzchni metalu zmniejszymy dwukrotnie. Jaki będzie efekt dwukrotnego zwiększenia częstotliwości światła padającego na powierzchnię metalu emitującego fotoelektrony ? 10. Z jaką maksymalną prędkością wylatują elektrony z płytki cezowej, na którą pada światło o długości fali λ = 190 nm? 11. Światło o długości fali λ = 565 nm uderza o powierzchnię metalu, dla którego progowa długość fali wynosi λ0 = 732 nm. Obliczyć maksymalną energię kinetyczną emitowanych fotoelektronów i napięcie odcięcia. 12. Znaleźć pracę wyjścia danego materiału, jeżeli na płytę metalową pada światło o długości λ = 200 nm, a elektrony swobodne wybite z płyty mają maksymalną prędkość v = 106 m/s. 13. Z badań zależności energetycznej fotoefektu uzyskano następujące dane: Napięcie hamujące fotoelektrony U1 = 1 V dla długości fali λ1 = 621 nm oraz napięcie U2 = 2 V dla λ2 =
2 λ1 . Na podstawie tych danych 3
obliczyć stałą Plancka, pracę wyjścia elektronów i graniczną długość fali. 14. Napięcie odcięcia dla fotoelektronów z powierzchni naświetlonej światłem o długości fali λ1 = 491 nm wynosi U1 = 0.71 V. Przy zmienionej długości fali napięcie odcięcia ma wartość U2 = 1.43 V. Jaka jest nowa długość fali λ2?
