Въпроси

1. На бял лист е направен надпис със сини букви. През какъв цвят стъкло надписът няма да се вижда?

Отговор.

Белият лист разсейва лъчи с всички цветове, а линиите на надписа – само сините. През синьо стъкло преминават само сини лъчи. Затова ако погледнем листа през синьо стъкло, ще видим равномерно оцветен в синьо лист без надпис – разликата между белите и сините точки на листа се губи.

2. Как може да се определи химичният състав на метални електроди, между които прескача искра?

Отговор.

Химичният състав на метални електроди, между които прескача искра, може да се определи чрез анализ на спектъра на излъчената светлина – искрата разрушава електродите, атоми на металите попадат във въздуха и излъчват линии, характерни за съответния химичен елемент.

3. От кой вид е спектърът на светлина, излъчена от лампа с нагрята жичка?

Отговор.

Нагрятата жичка на електрическата лампа излъчва непрекъснат спектър.

4. Каква информация носят фраунхоферовите линии – за състава на светещата повърхност на Слънцето, или на неговата атмосфера?

Отговор.

Фраунхоферовите линии носят информация за по-хладните слоеве на атмосферата на Слънцето. Атомите в тези слоеве поглъщат линиите, които самите те биха излъчили, ако се намират на нагорещената повърхност на звездата.

5. Какъв вид спектър трябва да се анализира, за да се определи видът на едно органично вещество?

Отговор.

Органичните вещества имат молекулен строеж и той може да се установи чрез анализ на ивични спектри.

6. Защо не можем да почернеем от слънчевите лъчи, преминаващи през стъклото на прозореца?

Отговор.

Почерняването се дължи на ултравиолетовите лъчи, съдържащи се в слънчевия спектър, а те се поглъщат от стъклото.

7. В търговската мрежа се продават отоплителни уреди, чиито активни елементи не излъчват видима светлина, а само инфрачервени лъчи. Какво е тяхното предимство пред обикновените електрически печки, които затоплят помещенията предимно чрез конвекция?

Отговор.

Отоплителните уреди, които излъчват инфрачервени лъчи, са снабдени с метален рефлектор – огледало, с чиято помощ лъчите се ориентират в желаната посока. По такъв начин излъчената енергия не се разсейва в цялото помещение и се използва по-целесъобразно.

8. Защо казваме, че Слънцето, което свети така ярко, е добър пример за абсолютно черно тяло?

Отговор.

Слънцето е пример за абсолютно черно тяло, защото поглъща всяко паднало върху него лъчение.

9. Защо казваме, че електрическите лампи с нагрята жичка са неикономични?

Отговор.

Електрическите лампи с нагрята жичка са неикономични, защото предназначението им е да излъчват електромагнитни вълни във видимия диапазон. Поради недостатъчно високата им температура обаче те излъчват голяма част от консумираната електроенергия във вид на невидими инфрачервени лъчи. С други думи – изразходват част от консумираната енергия за затопляне, а не за светене.

10. Защо не може да се направи лампа с нагрята жичка, която да излъчва „дневна“ светлина?

Отговор.

Дневната светлина се излъчва от повърхността на Слънцето, където температурата е от порядъка на 6000 °С. Не е възможно да се направи лампа с нагрята жичка, която да излъчва дневна светлина, защото няма материал, който да не се разтопи при такава температура.

11. Защо луминесцентното лъчение се нарича „студена светлина“?

Отговор.

Луминесцентното лъчение се нарича „студена светлина“, защото температурата на излъчващите елементи – стъклени тръби и изпълващите ги газове, е много по-ниска от температурата на нагрято тяло, което би излъчвало светлина със същия спектрален състав.

12. Какви са различията между топлинното и луминесцентното излъчване?

Отговор.

Топлинното излъчване има непрекъснат спектър, докато спектърът на луминесцентното лъчение не е непрекъснат. Спектърът на топлинното излъчване се определя от температурата, а спектърът на луминесцентното лъчение не зависи от нея.

13. Какви са предимствата на луминесцентните лампи пред лампите с нагрята жичка?

Отговор.

Две съществени предимства на луминесцентните лампи пред лампите с нагрята нишка са: спектърът на светлината от луминесцентните лампи е много по-близък да спектъра на дневната светлина, за чието възприемане са пригодени нашите очи; икономичност – за разлика от лампите с нагрята нишка в луминесцентните лампи много по-голяма част от консумираната енергия се преобразува в светлина.

14. Кои свойства на лазерното лъчение го различават от топлинното и луминесцентното лъчение?

Отговор.

Лазерното лъчение се отличава с висока степен на монохроматичност и свързаната с него кохерентност.

15. Кои са основните елементи в конструкцията на един лазер?

Отговор.

Основните елементи на един лазер са източникът на енергия, активната среда и резонаторът.

16. Кое свойство на лазерното лъчение обуславя приложенията му за обработка на материали?

Отговор.

Приложенията на лазерното лъчение за обработка на материали се обуславят от възможността да се конструират мощни лазери и от способността на лъчението им да се фокусира върху много малка площ.

Задачи

1. Чрез увеличаване на тока температурата на нагрятата жичка на лампа се повишава от 900 °С до 2073 °С. Колко пъти нараства излъчената електромагнитна енергия? (Приемете, че жичката отговаря на условията за абсолютно черно тяло.)

Решение...

Дадено: t0 = 900 °C, t1 = 2073  °C.
Търси се: Е1/Е0.
Абсолютната температура на началното и на крайното състояние на нишката е съответно:

T0 = t0 + 273 °C = 900 °C + 273 °C = 1173 °C
T1 = t0 + 273 °C = 2073 °C + 273 °C = 2346 °C.

Търсеното отношение на излъчената електромагнитна енергия намираме с помощта на закона на Стефан-Болцман:

                        .

При посоченото повишаване на температурата излъчената енергия се увеличава 16 пъти.

2. По приведените в текста данни за Слънцето пресметне­те приблизителната стойност на константата в закона на Вин.

Решение...

Дадено: max  440 nm = 440.10-9 m, Т  6600 K.
Търси се: b.
От фиг. 4 определяме, че максимумът в спектъра на излъчване на Слънцето е при max  440 nm и на него съответства температура на излъчващото тяло Т  6600 K.
Константата на Вин определяме от закона на Вин:

b = Тmax  (6600 K)( 440.10-9 m)  3.10-3 K.m.