Вопрос:

46. Заряженный шарик остывает от температуры Т₁=300 К до Т₂=293 К. На сколько изменилась длина волны, соответствующая максимуму энергетической светимости?

Ответ:

Решение:

Для решения задачи используем закон смещения Вина, который связывает длину волны максимального излучения \( \lambda_{max} \) с температурой \( T \):

\[ \lambda_{max} T = b \]

где \( b \) — постоянная Вина, равная \( \approx 2.9 \times 10^{-3} \text{ м} · \text{К} \).

Найдем длину волны максимального излучения для начальной температуры \( T_1 \):

\[ \lambda_{max,1} = \frac{b}{T_1} \]

Найдем длину волны максимального излучения для конечной температуры \( T_2 \):

\[ \lambda_{max,2} = \frac{b}{T_2} \]

Изменение длины волны равно:

\[ \Delta \lambda_{max} = \lambda_{max,2} - \lambda_{max,1} = \frac{b}{T_2} - \frac{b}{T_1} = b \left( \frac{1}{T_2} - \frac{1}{T_1} \right) \]

Подставим значения:

\[ \Delta \lambda_{max} = 2.9 \times 10^{-3} \text{ м} · \text{К} \left( \frac{1}{293 \text{ К}} - \frac{1}{300 \text{ К}} \right) \]

Вычислим значения дробей:

\[ \frac{1}{293} \approx 0.003413 \text{ К}^{-1} \]

\[ \frac{1}{300} \approx 0.003333 \text{ К}^{-1} \]

\[ \Delta \lambda_{max} = 2.9 \times 10^{-3} \text{ м} · \text{К} \left( 0.003413 \text{ К}^{-1} - 0.003333 \text{ К}^{-1} \right) \]

\[ \Delta \lambda_{max} = 2.9 \times 10^{-3} \text{ м} · \text{К} \left( 0.00008 \text{ К}^{-1} \right) \]

\[ \Delta \lambda_{max} \approx 0.000000232 \text{ м} \]

Переведем в нанометры (1 м = 10⁹ нм):

\[ \Delta \lambda_{max} \approx 0.000000232 \times 10^9 \text{ нм} = 232 \text{ нм} \]

Округлим результат до двух значащих цифр, как в константе Вина, которую использовали:

\[ \Delta \lambda_{max} \approx 230 \text{ нм} \]

Ответ: изменение длины волны составило примерно 230 нм.