Алюмінієву та мідну дротини однакової довжини та площі поперечного перерізу з'єднані послідовно. Яка дротина споживає більшу потужність, якщо їх увімкнути в електричну мережу? У скільки разів?

Показать ответ

Ответ:

maryamromanenko1294

30.01.2021 11:48

Поскольку форма нано-кристалла не дана, то мы далее будем считать, что он представляет собой нечёткое пространственное пятно, напоминающее сферу. Так как, в случае его чёткой кубической формы, соотношение его объёма и площади поперечного сечения могут отличаться в 1.5 раза, то, таким образом, все найденные величины, без учёта этой специфики будут иметь значительную погрешность, т.е. до 1.5 раз.

Раз кремний охлаждается, значит, испускаемые фотоны имеют более высокую энергию, чем поглощаемые, что может быть объяснено ограниченностью набора фото-квантов, которые может испускать атом.

Ещё одно важное замечание. Поскольку фотон с длиной волны:

нм имеет энергию 1240

эВ, то фотон с энергией

эВ имеет длину волны

нм, что как раз хорошо бы подошло для этой задачи, поскольку длина волны испущенного фотона должна быть меньше длины поглощённого. А вот если брать без поправки исходное данное в задаче значение

мэВ, т.е. в 1000 раз меньше, то длина волны получится

мкм $= 19 \ 0000$ нм, что в $\approx 60$ раз больше длины волны падающих фотонов лазера, а значит, энергия поглощалась бы кристаллом, и никакого антистоксового охлаждения бы не наблюдалось. Таким образом, в условии задачи необходимо сделать исправление:

энергия оптического фонона в кремнии $E_\varphi$ равна НЕ

мэВ, а просто –

эВ !

Энергию, отнимаемую у вещества в таком одиночном процессе можно вычислить, как разность энергий испускаемого и поглощаемого $\gamma$ -кванта :

$\Delta E_o = E_\varphi - E_\lambda ,$ где $E_\lambda$ – энергия одного фотона поглощаемых лазерных лучей.

$E_\lambda = h \nu = h \cdot \frac{c}{l} = \frac{hc}{l} ,$ где

– длина волны лазерных лучей.

Мощность потока

лазерного излучения, попадающего на кристалл, можно вычислить, как $P = I \cdot S = \pi I r^2$ ;

Полное число фотонов N ,

образующих этот поток за время $\Delta t ,$ можно найти, как: $N = P \Delta t / E_\lambda = \frac{ \pi I }{ E_\lambda } \cdot r^2 \Delta t .$

При этом число фотонов участвующих в процессе охлаждения составляет лишь малую часть от всего потока, так что, учитывая вероятность поглощения p ,

получим, что полное число фотонов K ,

поглощаемых кремнием $K = pN = \frac{ \pi p I }{ E_\lambda } \cdot r^2 \Delta t .$

Полную энергию E ,

отнятую у нано-кристалла за время $\Delta t ,$ можно найти, перемножив полное число процессов антистоксового пере-испускания, равное числу поглощённых фотонов, на энергию, отнимаемую у вещества в одиночном процессе пере-испускания:

$E = K \cdot \Delta E_o = \frac{ \pi p I }{ E_\lambda } \cdot r^2 \Delta t \cdot ( E_\varphi - E_\lambda ) =$

$= \pi p I r^2 \Delta t \cdot ( E_\varphi / E_\lambda - 1 ) = \pi p I r^2 \Delta t \cdot ( \frac{l}{hc} \cdot E_\varphi - 1 ) .$

Учтём, что: $E_\varphi = U_{eB} \cdot e ,$ тогда: $E = \pi p I r^2 \Delta t \cdot ( \frac{el}{hc} \cdot U_{eB} - 1 ) .$

С другой стороны полную энергию E ,

отнятую у нано-кристалла за время $\Delta t ,$ можно найти через:

молярную теплоёмкость $c_\mu \approx 20$ Дж/(K·моль) кремния,
его массу m ,

молярную массу $\mu \approx 0.028$ кг/моль,
плотность $\rho \approx 2 \ 330$ кг/м³ и объём V ,

как:

$E = \frac{m}{\mu} c_\mu \Delta T = \frac{\rho V}{\mu} c_\mu \Delta T = \frac{ 4 \pi }{3} \frac{ \rho r^3 }{\mu}c_\mu \Delta T .$

Приравняв эти два выражения для отнятой у нано-кристалла кремния энергии, получим:

$\pi p I r^2 \Delta t \cdot ( \frac{el}{hc} \cdot U_{eB} - 1 ) = \frac{ 4 \pi }{3} \frac{ \rho r^3 }{\mu} c_\mu \Delta T$ ;

$p I \Delta t \cdot ( \frac{el}{hc} \cdot U_{eB} - 1 ) = \frac{ 4 \rho r }{ 3 \mu } c_\mu \Delta T$ ;

$\Delta t = \frac{ 4 c_\mu \rho r \Delta T }{ 3 p I \mu ( \frac{el}{hc} \cdot U_{eB} - 1 ) }$ ;

I = 41

Вт/см²

Вт $/(10^{-2}$ м )^2 = 41

Вт $/(10^{-4}$ м² $) = 41 \cdot 10^4$ Вт/м² .

$\Delta t \approx \frac{ 4 \cdot 20 \cdot 2330 \cdot 25 \cdot 10^{-9} \cdot 1 }{ 3 \cdot 0.001 \cdot 41 \cdot 10^4 \cdot ( \frac{ 1.6 \cdot 10^{-19} \cdot 325 \cdot 10^{-9} }{ 6.626 \cdot 10^{-34} \cdot 3 \cdot 10^8 } \cdot 65 - 1 ) }$ сек $\approx$

$\approx \frac{ 4660 \cdot 10^{-6} }{ 1230 \cdot ( \frac{ 520 \cdot 10^{-28} }{ 20 \cdot 10^{-26} } \cdot 65 - 1 ) }$ сек $= \frac{ 4660 \cdot 10^{-6} }{ 1230 \cdot ( 26 \cdot 10^{-2} \cdot 65 - 1 ) }$ сек

$= \frac{ 4660 \cdot 10^{-6} }{ 1230 \cdot ( 16.9 - 1 ) }$ сек $= \frac{ 4660 }{ 123 \cdot 159 } \cdot 10^{-6}$ сек $\approx 0.24$ мс .

О т в е т : $\Delta t \approx 0.24$ мс

0,0(0 оценок)

Ответ:

ИльяФин

16.02.2021 21:43

Следовательно бумага удерживается в стакане потому, что она вгибается во внутрь его, а также, потому легкая и широкая (т. е. при ее падении будет большое сопротивление воздуха), следовательно силы притяжения слабо давят ее к земле, в отличие от атмосферного давления, которое в этом случае сильнее силы притяжения. Также она гибкая и эластичная, поэтому заслоняет все дно стакана, не оставляя щелей. Если использовать вместо бумаги стекло, то оно сразу же упадет на пол, т. к. притяжение будет слишком сильно и мы не сможем закрыть им все щели, а следовательно, атмосферное давление с одной и сдругой стороны стекла будет одинаковым.

0,0(0 оценок)

Популярные вопросы: Физика