Физика: можно без дано и решения, как, но лучше с ними

можно без дано и решения, как, но лучше с ними

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:

alinawsabitova

14.07.2020 06:28

Поиск...

Избавься от ограничений

ПОПРОБУЙ ЗНАНИЯ ПЛЮС СЕГОДНЯ

Таничка1

14.03.2012

Русский язык

5 - 9 классы

ответ дан • проверенный экспертом

Сочинения на тему здоровое питания.

СМОТРЕТЬ ОТВЕТ

Войди чтобы добавить комментарий

ответ, проверенный экспертом

4,3/5

378

zelenkele

хорошист

3.7 тыс. ответов

29.5 млн пользователей, получивших

Здоровое питание.

Мы живем в очень динамичном, постоянно изменяющемся мире. Живя в условиях больших городов, мы всегда куда-то спешим. В такой постоянной спешке очень легко забыть о своем здоровье, а именно об одной из главных его составляющих - здоровом питании. Здоровое питание, прежде всего, питание систематическое. Очень важно придерживаться трехразового питания, стараться не пропускать приемы пищи. Многие школьники пропускают завтрак перед занятиями, что, конечно, очень вредно. Организму необходимо запастись энергией и калориями перед трудовым или учебным днем. Надо стараться ограничивать потребление сладкой выпечки, которую часто покупают школьники в буфете. Вместо этого можно взять с собой в школу банан, яблоко или орехи. Ошибкой будет принять пищу лишь один раз, например, вечером. Такой питания очень вреден, к тому же, это не даст организму полноценно отдохнуть ночью.

Весной особенное внимание надо уделить приему витаминов, ведь их количество в это время года в ягодах, фруктах и овощах снижается. Летом надо стараться вовсю использовать те дары, что нам дарит природа. Можно делать салаты из овощей, коктейли и морсы из свежих фруктов.

Здоровое и полноценное питание надо сделать своей ежедневной привычкой. Это даст энергии и сил хорошо учиться, заниматься спортом и любимым хобби.

0,0(0 оценок)

Популярные вопросы: Физика