Temperatura czarnej kulki umieszczonej w ognisku soczewki i ogrzanej promieniami słonecznymi zadanie z XXIX Olimpiady fizycznej 1979/1980 1

Podobne dokumenty
Zadanie 1. Rozwiązanie. opracował: Jacek Izdebski.

KO OF Szczecin:

i odwrotnie: ; D) 20 km h

1. Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki. Cz II praca zbiorowa pod redakcją I. Kruk i J. Typka. Wydawnictwo Uczelniane PS. Szczecin 2007.

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA ZAŁAMANIA SZKŁA ZA POMOCĄ SPEKTROMETRU

Blok 2: Zależność funkcyjna wielkości fizycznych

WYZNACZANIE MODUŁU SPRĘŻYSTOŚCI POSTACIOWEJ G ORAZ NAPRĘŻEŃ SKRĘCAJĄCYCH METODĄ TENSOMETRYCZNĄ

LVII OLIMPIADA FIZYCZNA ZAWODY III STOPNIA

Drobiną tą jest: A) proton B) neutron C) atom wodoru D) elektron

Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych. Sterowanie dławieniowe-równoległe prędkością ruchu odbiornika hydraulicznego

Wyk lad 3 Grupy cykliczne

ZADANIA TEORETYCZNE. E e = hc λ

5. Ogólne zasady projektowania układów regulacji

Sterowanie jednorodnym ruchem pociągów na odcinku linii

SPRĘŻYNA DO RUCHU HARMONICZNEGO V 6 74

UŻYWAJ HAMULCA Z GŁOWĄ

EUROELEKTRA Ogólnopolska Olimpiada Wiedzy Elektrycznej i Elektronicznej Rok szkolny 2015/2016

Ćwiczenie nr 4 Badanie zjawiska Halla i przykłady zastosowań tego zjawiska do pomiarów kąta i indukcji magnetycznej

ĆWICZENIE 41 WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA ZAŁAMANIA ŚWIATŁA ZA POMOCĄ MIKROSKOPU. Kraków, luty kwiecień 2015

Optyka 2. Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

DYFRAKCJA NA POJEDYNCZEJ I PODWÓJNEJ SZCZELINIE

Przekształtniki tyrystorowe (ac/dc)

KOOF Szczecin:

Metody systemowe i decyzyjne w informatyce

WOJEWÓDZKI KONKURS FIZYCZNY [ETAP SZKOLNY] ROK SZKOLNY

Zad. 4 Oblicz czas obiegu satelity poruszającego się na wysokości h=500 km nad powierzchnią Ziemi.

ENERGOOSZCZĘDNY NAPĘD Z SILNIKIEM SYNCHRONICZNYM O MAGNESACH TRWAŁYCH Z ŁAGODNYM STARTEM

Wstęp do astrofizyki I

Przekształcenie całkowe Fouriera

Wpływ czynników zewnętrznych na obciążalność kabli

Zmiany zagęszczenia i osiadania gruntu niespoistego wywołane obciążeniem statycznym od fundamentu bezpośredniego

Wstęp do astrofizyki I

Fale. I. Konstruktywna. Rozwiązanie każdego zadania zapisz na oddzielnej, podpisanej kartce z wyraźnie zaznaczonym numerem zadania.

1 Postulaty mechaniki kwantowej

KONKURS PRZEDMIOTOWY Z FIZYKI dla uczniów gimnazjów. Schemat punktowania zadań

Klimat na planetach. Szkoła Podstawowa Klasy VII-VIII Gimnazjum Klasa III Doświadczenie konkursowe 2

WYZNACZANIE MODUŁU YOUNGA METODĄ STRZAŁKI UGIĘCIA

WYKŁAD nr Ekstrema funkcji jednej zmiennej o ciągłych pochodnych. xˆ ( ) 0

l l' Przy oznaczeniach z rysunku, ró nica dróg optycznych promieni rozproszo- ', gdzie oznacza długo fali wiatła. Otrzymujemy równanie d sin α sinα

KOOF Szczecin:

1 W ruchu jednostajnym prostoliniowym droga:

3. RUCHY CIAŁ (KINEMATYKA) Pojęcie ruchu, układ odniesienia, tor, droga, przemieszczenie

Zadania do rozdziału 3. Zad.3.1. Rozważmy klocek o masie m=2 kg ciągnięty wzdłuż gładkiej poziomej płaszczyzny

EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII

KO OF Szczecin:

Programowanie ilorazowe #1

KONKURS FIZYCZNY etap wojewódzki 2003/2004 Zestaw zadań Zadanie 1. Zadanie 2.

Modele odpowiedzi i punktacji

Zagadnienia na badanie wyników nauczani z fizyki kl II. [min]

1 Przekształcenie Laplace a

XXXI OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP WSTĘPNY Zadanie teoretyczne

BADANIE ZALEŻNOŚCI PRĘDKOŚCI DŹWIĘKU OD TEMPERATURY

POLITYKA DYWIDENDY. Podstawowy dylemat: ile zysku przeznaczyć na dywidendy, a ile zatrzymać w firmie i przeznaczyć na potrzeby jej dalszego rozwoju?

2. Metody wyznaczania współczynnika k oparte na próbach pompowania.

WPŁYW OSZCZĘDNOŚCI W STRATACH ENERGII NA DOBÓR TRANSFORMATORÓW ROZDZIELCZYCH SN/nn

Fizyka kwantowa. promieniowanie termiczne zjawisko fotoelektryczne. efekt Comptona dualizm korpuskularno-falowy. kwantyzacja światła

Estymacja punktowa - Estymacja przedziałowa

Chemia teoretyczna. Postulaty mechaniki kwantowej. Katarzyna Kowalska-Szojda

OKREŚLENIE NOŚNOŚCI PODŁOŻA GRUNTOWEGO

OGŁOSZENIE O ZMIANACH STATUTU MM PRIME AKCJI FIZ

RUCH FALOWY. Ruch falowy to zaburzenie przemieszczające się w przestrzeni i zmieniające się w

Zestaw 8 Podsumowanie

1 Renty życiowe. 1.1 Podstawowe renty życiowe

interaktywny pakiet przeznaczony do modelowania, symulacji, analizy dynamicznych układów ciągłych, dyskretnych, dyskretno-ciągłych w czasie

Bryła sztywna - zadanka

INSTYTUT ENERGOELEKTRYKI POLITECHNIKI WROCŁAWSKIEJ Raport serii SPRAWOZDANIA Nr LABORATORIUM TEORII STEROWANIA INSTRUKCJA LABORATORYJNA

POMIAR WSPÓŁCZYNNIKA PRZEWODNOŚCI CIEPLNEJ ALUMINIUM

ARKUSZ PRÓBNEJ MATURY Z OPERONEM FIZYKA I ASTRONOMIA

Projekt 2 studium wykonalności. 1. Wyznaczenie obciążenia powierzchni i obciążenia ciągu (mocy)

Rozdział 8: Podstawowe zadania geodezyjne z rachunku współrzędnych

POLITECHNIKA OPOLSKA WYDZIAŁ MECHANICZNY Katedra Technologii Maszyn i Automatyzacji Produkcji POMIAR ZARYSÓW O ZŁOŻONYCH KSZTAŁTACH

WOJEWÓDZKI KONKURS FIZYCZNY stopień wojewódzki

Tłumienie spawów światłowodów o różnych średnicach rdzenia i aperturach numerycznych

Naprężenia styczne i kąty obrotu

ROZDZIAŁ 5. Renty życiowe

λ = 92 cm 4. C. Z bilansu cieplnego wynika, że ciepło pobrane musi być równe oddanemu

POLITECHNIKA ŚLĄSKA WYDZIAŁ GÓRNICTWA I GEOLOGII

Metody Optyczne w Technice. Wykład 3 Optyka geometryczna

Egzamin maturalny z fizyki poziom rozszerzony (16 maja 2016)

Politechnika Śląska w Gliwicach Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych Zakład Podstaw Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn Energetycznych

motocykl poruszał się ruchem

Zadania do sprawdzianu

MODEL ODPOWIEDZI I SCHEMAT OCENIANIA ARKUSZA II. Zdający może rozwiązać zadania każdą poprawną metodą. Otrzymuje wtedy maksymalną liczbę punktów.

INSTYTUT ENERGOELEKTRYKI POLITECHNIKI WROCŁAWSKIEJ Raport serii SPRAWOZDANIA Nr LABORATORIUM TEORII I TEHCNIKI STEROWANIA INSTRUKCJA LABORATORYJNA

MODEL ODPOWIEDZI I SCHEMAT OCENIANIA ARKUSZA II. Zdający może rozwiązać zadania każdą poprawną metodą. Otrzymuje wtedy maksymalną liczbę punktów.

Gazy wilgotne i suszenie

INSTRUKCJA. Ćwiczenie A2. Wyznaczanie współczynnika sprężystości sprężyny metodą dynamiczną.

Materiał dydaktyczny - dr inż. Dariusz Sobala ŚWIATŁO PRZEPUSTU Przykład obliczeń dla przepustu o niezatopionym wlocie i wylocie

Zadanie 1. Podaj model matematyczny układu jak na rysunku: a) w postaci transmitancji, b) w postaci równań stanu (równań różniczkowych).

POLITECHNIKA WARSZAWSKA WYDZIAŁ SAMOCHODÓW I MASZYN ROBOCZYCH Instytut Podstaw Budowy Maszyn Zakład Mechaniki

SPIS TREŚCI SPIS TREŚCI 1 EDUKACJA TEMAT NUMERU KOMPUTER NAUCZANIE MATEMATYKI MATERIAŁY Z OSTATNIEJ ŁAWKI

WYZNACZANIE WZGLĘDNEJ PRZENIKALNOŚCI DIELEKTRYCZNEJ RÓŻNYCH MATERIAŁÓW DIELEKTRYCZNYCH

BALANSOWANIE OBCIĄŻEŃ JEDNOSTEK SEKCYJNYCH

UNIWESRYTET EKONOMICZNY WE WROCŁAWIU HOSSA ProCAPITAL WYCENA OPCJI. Sebastian Gajęcki WYDZIAŁ NAUK EKONOMICZNYCH

Transmitancja widmowa bieguna

Maksymalny błąd oszacowania prędkości pojazdów uczestniczących w wypadkach drogowych wyznaczonej różnymi metodami

WIELOKRYTERIALNY MODEL WIELKOŚCI ZAMÓWIENIA W KOPALNI WĘGLA KAMIENNEGO 1

ĆWICZENIE NR 2 Badanie jakości betonu w konstrukcji metodą ultradźwiękową

Konkurs fizyczny - gimnazjum. 2018/2019. Etap szkolny

Programy CAD w praktyce inŝynierskiej

Transkrypt:

6 FOTON 130, Jeień 015 Temperatura czarnej kulki umiezczonej w ogniku oczewki i ogrzanej promieniami łonecznymi zaanie z XXIX Olimpiay fizycznej 1979/1980 1 Taeuz Molena topień III, zaanie teoretyczne Dana jet oczewka cienka o śrenicy = 5 cm i ognikowej = 10 cm. Za pomocą tej oczewki, przez zognikowanie promieni łonecznych, chcemy makymalnie ogrzać ciało okonale czarne w potaci kulki o promieniu r. Wyznacz zależność temperatury, o której możemy ogrzać kulkę, o jej promienia r. Zakłaamy, że oczewka przepuzcza całe paające nań światło i że proce ognikowania zachozi w powietrzu w temperaturze T 0 = 300 K. Zakłaamy ponato, że kulka okonale przewozi ciepło, zięki czemu w każej chwili temperatura w każym jej punkcie jet taka ama. Dane: 1) tała łoneczna ) tała tefana-boltzmanna 3) temperatura powierzchni łońca 1360,8 W m W 8 5,67 10 m K T = 6000 K 1 Zaanie zotało uotępnione z bazy zaań Olimpiay Fizycznej w zczecinie i la Fotonu przygotowane przez przewoniczącego Komitetu Okręgowego OF w zczecinie ra Taeuza Molenę. Zaanie wraz z rozwiązaniem zotało opublikowane w czaopiśmie Fizyka w zkole nr 1, 1981 r. przez ówczenego ekretarza naukowego Walemara Gorzkowkiego i kierownika organizacyjnego Anrzeja Kotlickiego z Komitetu Głównego Olimpiay Fizycznej, natępnie w zbiorze Olimpiaa Fizyczna XXIX XXXI, WiP, Warzawa 1986,. 65 68, przez: Anrzej Naolny (pełnił funkcję ekretarza naukowego KGOF), Krytyna Pniewka (była kierownikiem organizacyjnym KGOF) też jako za. nr 95 w zbiorze Wybrane zaania z 3 olimpia fizycznych, MAGIPPA, Warzawa 199, przez: Włozimierz Ungier (pełnił funkcję ekretarza naukowego la za. teoretycznych KGOF) i Miroław Hamera (był kierownikiem organizacyjnym KGOF). Zaania z olimpia fizycznych ą na ogół oryginalne. Pomyły pochozą z różnych źróeł, m.in. kłaanych przez nauczycieli i amych zawoników olimpiay. Propozycje zaań ą zmieniane w wyniku ykuji w Komitecie Głównym OF i częto nie przypominają tektu pomyłoawcy (przyp. Taeuz Molena, Intytut Fizyki, Uniwerytet zczecińki).

FOTON 130, Jeień 015 7 Uwaga: Całkowita energia wypromieniowania w ciągu 1 przez 1 m powierzchni ciała okonale czarnego, zgonie z prawem tefana-boltzmanna, wynoi T, gzie oznacza tałą tefana-boltzmanna, a T temperaturę bezwzglęną ciała. Rozwiązanie Obrazem łońca, który powtaje okłanie w płazczyźnie ognikowej oczewki (ry. 1), jet koło o promieniu r 0 takim, że: r 0 tg, (1) f gzie oznacza promień kątowy łońca wizianego z Ziemi. Ponieważ kąt jet mały, można z obrym przybliżeniem przyjąć, że tg, a zatem: r f 0. Ry. 1. Kiey na kulkę okonale czarną nie paa światło łoneczne, wówcza pozotaje ona w równowaze termicznej z otoczeniem, tzn. wypromieniowuje ona w jenotce czau tyle energii, ile jej pochłania z otoczenia. zybkość wypromieniowania tej energii (moc) zgonie z prawem tefana-boltzmanna wynoi: E πr T, () p 0 t gzie T 0 jet temperaturą w tanie równowagi termicznej. Gy na kulkę kierujemy wiązkę światła łonecznego, wtey pochłania ona energię tego światła. Jeżeli promień kulki r jet więkzy niż r 0, wówcza cała ognikowana energia jet pochłaniana przez kulkę. Energia tego promieniowania ochoząca w ciągu jenej ekuny wynoi 1 π. Oprócz tego kulka aborbuje, tak jak poprzenio, promieniowanie termiczne z otoczenia.

8 FOTON 130, Jeień 015 Opowiaający temu opływ energii w ciągu jenej ekuny zgonie z () wynoi πr T 0. Z rugiej trony kulka mając temperaturę T, wypromieniowuje w czaie jenej ekuny energię πr T. Ponieważ kulka okonale czarna w tanie utalonej temperatury emituje tyle energii, ile jej pochłania, bilan energii można więc zapiać w potaci: tą πr T πr T 1 0 π, r f. (3) T r T0. () Jeżeli promień kulki jet mniejzy o r 0 = f, to bęzie paać na nią tylko część energii kupianej przez oczewkę, która wynoi: czyli r r 0 1 π 1 r π. f Bilan energii w tym przypaku jet natępujący: tą 1 π π 0 π r r T r T, r f. f T T0 Tgr. f Zauważmy, że temperatura ta jet tała i alze zmniejzanie rozmiarów kulki nie zwiękza T. Jet to temperatura graniczna T gr. Wykre zależności T(r) poany jet na ry.. Dykuję przypaku, gy śrenica kulki przekracza śrenicę oczewki pozotawiamy Czytelnikowi. Ozacujmy temperaturę graniczną T gr. Zauważmy, że łońce z barzo obrym przybliżeniem możemy traktować jako ciało okonale czarne i wówcza zgonie z prawem tefana-boltzmanna energia wypromieniowana przez powierzchnię łońca w ciągu jenej ekuny zgonie z () wynoi E t, (5) (6) π R T. (7)

FOTON 130, Jeień 015 9 Ry. tała łoneczna to energia, jaką promieniowanie łoneczne przenoi w ciągu jenej ekuny przez powierzchnię 1 m utawioną protopale o kierunku Ziemia łońce, w oległości o łońca równej oległości Ziemia łońce, tą możemy zapiać πr T, (8) πr gzie T temperatura powierzchni łońca, R promień łońca, R Z oległość Ziemia łońce. Ponieważ promień kątowy łońca wynoi tą otrzymany związek: R R Z z, T. (9) Po potawieniu (9) o (6), otrzymujemy wzór na temperaturę graniczną kulki w potaci: gr 0. T T T T f f (10) Do tego amego rozwiązania, gy promień kulki jet mniejzy o r 0 = f, można ojść toując omienną metoę. Zauważmy, że powierzchnię łońca z kulki wiać wewnątrz tożka o kącie rozwarcia, gzie: tg tzn. w kącie bryłowym 1 π(1 co ), zaś otoczenie o temperaturze T 0 wiać w kącie bryłowym π(1 co ). f

50 FOTON 130, Jeień 015 W jenotce czau na kulkę, z kąta bryłowego 1 paa promieniowanie łoneczne o energii 1r T (T temperatura powierzchni łońca), a z kąta bry- łowego promieniowanie otoczenia o energii r T0 (T 0 temperatura otoczenia). Kulka po ogrzaniu ię o temperatury T emituje w jenotce czau promieniowanie o energii π r T. W tanie równowagi termicznej bilan energetyczny ma potać πr T r T r T 1 0 Potawiając wielkości 1 oraz otrzymamy πr T π(1 co ) r T π(1 co ) r T. 0 Drugie wyrażenie można pominąć w porównaniu z pierwzym, gyż T jet znacznie więkze o T 0. tą można wyznaczyć temperaturę kulki 1 co T T T in. (11) Jet to wielkość tała, niezależna o promienia kulki. Dla małych kątów można przyjąć tą otrzymujemy in (1) f Tgr T in T. (13) f Uzykany wzór jet ientyczny z poprzenio wyprowazonym wzorem (10). Jak z niego wiać, temperatura graniczna uzykiwana przez kulkę zależy o parametrów oczewki, nie może jenak przekroczyć temperatury łońca T. Dla cienkiej oczewki 1, zatem nie można uzykać temperatury blikiej temperaturze łońca. f W nazym przypaku 1 f, tą temperatura graniczna 8 T 100 K. gr Zauważmy, że promień kątowy łońca 0,003 ra. Wynika tą, że temperaturę taką można teoretycznie uzykać la r 0,0 mm (bo r 0 f). Praktycznie way oczewek powoują rozmyte ognikowanie i nie oberwujemy aż tak wyokiej temperatury. Niemniej wiaomo, że w ogniku oczewki na kutek kupiania ię tam promieni łonecznych można zapalić zapałkę.