Задание 4EABE9: Корпускулярно-волновой дуализм

Открытый банк ФИПИ · условие и решение задания

Открыть решение ↓ Ошибка или пожелание
Дайте развернутый ответ.

Электрическая лампа мощностью 60 Вт испускает ежесекундно
1·1019 фотонов. Коэффициент полезного действия лампы равен 6%. Определите среднюю длину волны излучения.


 

i
СВОЙСТВА ЗАДАНИЯ
КЭС:
4.1.2 Фотоны. Энергия фотона. Импульс фотона
Тип ответа:Развернутый ответ
Номер: 4EABE9
НЕ РЕШЕНО Изменить статус

Решение задания 4EABE9

Ответ: 5,5·10⁻⁷ м = 550 нм

Модель: излучение рассматриваем как поток фотонов в лабораторной системе отсчёта. Энергия каждого фотона ε = hν = hcλ. Для энергетического баланса направления механических осей и проекции сил не требуются; потери учитываем только тогда, когда они указаны в условии.
При расчёте используем h = 6,6·10⁻³⁴ Дж·с, c = 3·10⁸ м·с⁻¹, e = 1,6·10⁻¹⁹ Кл, mₑ = 9,1·10⁻³¹ кг; 1 эВ = 1,6·10⁻¹⁹ Дж.
1. Электрическая мощность лампы P = 60 Вт, доля энергии, переходящая в свет, η = 0,06. Поэтому мощность светового излучения Pсв = ηP, а не полная потребляемая мощность. За секунду излучается ṅ = 10¹⁹ фотонов.
2. Средняя энергия одного фотона равна отношению световой мощности к числу фотонов за секунду:
εср = Pсвṅ = ηPṅ.
В принятой в задаче модели средней длине волны соответствует эта энергия: εср = hcλ. Отсюда
λ = ṅhcηP.
Подстановка:
λ = 10¹⁹ с⁻¹·6,6·10⁻³⁴ Дж·с·3·10⁸ м·с⁻¹0,06·60 Вт = 5,5·10⁻⁷ м = 550 нм.
3. Проверка. Световая мощность равна 3,6 Вт, энергия среднего фотона — 3,6·10⁻¹⁹ Дж. Их отношение даёт 10¹⁹ фотонов за секунду. Остальные 56,4 Вт не входят в указанный световой поток. Строго говоря, найденная λ — эффективная длина волны, соответствующая средней энергии фотона: для широкого спектра арифметическое среднее длин волн без распределения спектра определить нельзя. В школьной модели условия используется именно указанное энергетическое усреднение.

Ответ: 5,5·10⁻⁷ м = 550 нм.

Корпускулярно-волновой дуализм: схема решения задания 4EABE9
Обозначения: Электрическая энергия: P = 60 Вт; η = 6%: Pсв = 3,6 Вт. Средняя энергия фотона: ṅ = 10¹⁹ с⁻¹: εср = 3,6·10⁻¹⁹ Дж. Эффективная длина волны: λ = hc ÷ εср: λ = 550 нм.

Помочь улучшить сайт

Напишите пожелание к сайту или решению либо сообщите о найденной неточности в задании 4EABE9.

Сообщение увидит только команда сайта: на странице оно не публикуется.

Комментарии к решению

Комментарии видны всем посетителям сайта.

Комментариев пока нет. Будьте первым.

Чтобы оставить комментарий, войдите или зарегистрируйтесь.