Zestaw 5 Elektronika_2, rok 1 1. Stu

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?