高中物理競賽輔導(dǎo)物態(tài)變化-資料下載頁
2025-06-08 00:02本頁面
【正文】 周圍物體的溫度高低是無關(guān)的。有一類物體，能在任何溫度下吸收所有的電磁輻射，其表面卻并不反射，這類物體稱為黑體。黑體是熱輻射理想的吸收體和發(fā)射體，例如太陽可近似看作黑體。黑體單位表面積的輻射功率為J與其溫度的四次方成正比，即式中，稱為斯忒藩常數(shù)。如果不是黑體，單位表面積的輻射功率J記為式中ε叫表面輻射系數(shù)，其值在0和1之間，由物體性質(zhì)決定。例：已知地球與太陽的半徑分別是，兩者相距，若地球與太陽均可看作黑體，估算太陽表面溫度。設(shè)太陽和地球的表面溫度分別是，則太陽和地球發(fā)射的輻射功率太陽的輻射能只有一小部分落在地球表面上，其比例為。若不計地球本身的熱源，根據(jù)地球能量平衡，取得太陽表面溫度例 取一個不高的橫截面積是的圓筒，在陽光垂直照射下，經(jīng)2min溫度升高1℃，若把太陽看成黑體，已知太陽半徑和地球到太陽的距離分別為和，并考慮到陽光傳播過程中的損失，地球大氣層的吸收和散射，水所能吸收的太陽能僅是太陽輻射能的一半，試估算太陽表面的溫度。(已知)解: 筒內(nèi)水所吸收的熱量 ①每平方米水面吸收熱功率 ②單位面積上的熱功率與距離平方成反比，即 ③斯忒藩公式 ④聯(lián)立①②③④得說明 由斯忒藩公式可知，要估算太陽表面的溫度，就應(yīng)先求出太陽表面每單位面積向外輻射電磁波的功率，而題中所提供的水被輻射曬熱的實(shí)驗可以得地面上所獲得的太陽輻射功率，再從距離關(guān)系即可求出太陽單位面積的輻射功率。847圖4514167。4。5典型例題分析例1 用不導(dǎo)熱細(xì)管連接的兩個相同容器里裝有壓強(qiáng)為1atn，相對濕度B=50%，溫度為100℃的空氣?，F(xiàn)將其中一個容器浸在溫度為0℃的冰中，試問系統(tǒng)的壓強(qiáng)改變?yōu)槎嗌?？每一容器中的相對濕度是多少？已?℃。分析:當(dāng)一個容器浸在0℃的冰中，另一容器中的空氣與水蒸氣將流入這一容器，整個系統(tǒng)的壓強(qiáng)將逐步降低。達(dá)到平衡時，空氣在兩容器中的分壓也應(yīng)相等。解:設(shè)平衡時空氣在兩容器中的分壓為每一容器體積，由空氣的總摩爾數(shù)不變的條件得解得 由于水蒸氣分壓不可能比同一溫度下飽和蒸氣壓大，即，若沒有水蒸氣凝結(jié)，則按理想氣體方程，在末態(tài)的水汽分壓應(yīng)等于321mmHg，因為在初態(tài)時空氣和水汽的分壓是相等的。，說明在0℃的容器中已有水凝結(jié)，因而2=℃容器中的相對濕度，而在100℃容器中的相對濕度為。例1 把質(zhì)量為的與未知質(zhì)量的混合，在溫度T=，讓單位體積的混合氣體作等溫壓縮?；旌虾髿怏w壓強(qiáng)和體積關(guān)系如圖451所示。(1)確定質(zhì)量；(2)計算T=。解:說明T=，液態(tài)氧的沸點(diǎn)更高。因為液態(tài)氧的沸點(diǎn)更高，所以在等溫壓縮中，氧氣先達(dá)到飽和氣壓。從圖中可知，從A點(diǎn)起，氧氣的壓強(qiáng)達(dá)到飽和氣壓，設(shè)為由A→B氧氣保持不變而質(zhì)量減少到達(dá)B點(diǎn)后，氮?dú)鈮簭?qiáng)達(dá)到飽和氣壓，設(shè)為，A→B氮?dú)赓|(zhì)量不變，利用狀態(tài)方程和分壓定律得：在A點(diǎn)：在B點(diǎn)： 在A→B中，氮?dú)赓|(zhì)量不變，有解得 例2 兩個相同的輕金屬容器里裝有同樣質(zhì)量的水。一個重球掛在不導(dǎo)熱的細(xì)線上。放入其中一個容器內(nèi)，使球位于容器內(nèi)水的體積中心。球的質(zhì)量等于水的質(zhì)量，球的密度比水的密度大得多。兩個容器加熱到水的沸點(diǎn)，再冷卻。已經(jīng)知道：放有球的容器冷卻到室溫所需時間為未放球的容器冷卻到室溫所需時間的k倍。試求制作球的物質(zhì)的比熱與水的比熱之比解:在單位時間內(nèi)通過本系統(tǒng)(容器—水，容器—水—球)與周圍媒質(zhì)的接觸面所散失的熱量與溫度差有關(guān)。式中t是時間，是容器的溫度，T是周圍媒質(zhì)的溫度，F(xiàn)是溫度的某個函數(shù)，系數(shù)α由本系統(tǒng)與周圍媒質(zhì)的接觸條件決定。在本情況中對于兩容器來說接觸條件相同，所以對于兩容器α系數(shù)相同。一個容器散失熱量△Q致使容器的溫度降低了△。對于裝有水的容器有式中和分別是水的質(zhì)量和比熱，和是容器的質(zhì)量和比熱。對于裝有水和球的容器有式中和分別是球的質(zhì)量和比熱，按照題意,。所以可以列出不難看出，在兩個容器里發(fā)生溫度變化的時間和是不同的，并且同理可得 即 所以對于兩個容器總冷卻時間和將滿足關(guān)系式由此可得說明 研究物理問題時，常需建立相關(guān)物理量間的關(guān)系。而如果這些物理量對于所研究的過程或者狀態(tài)的整體來說，各個局部的值不相同，因此建立有關(guān)物理量的關(guān)系時，這個量值便不好確定，這時我們一般可采取將此過程或者狀態(tài)分為很多微元，先分析單個微元的情況，找出同一物理量之間產(chǎn)生的數(shù)量關(guān)系，進(jìn)而再建立相關(guān)物理量間的關(guān)系，本題就是先找到的關(guān)系，然后再找到間關(guān)系的。例4 兩個黑體的平面互相平行，一個處于恒定的高溫，另一個處于恒定的低溫，平面之間為真空。為減小由熱輻射形成的熱流，在兩個平面之間放置一組由兩塊相互絕熱的黑體薄板組成的熱障，這兩塊薄板平行于黑體平面，如所示。求：放置熱障后穩(wěn)定的熱輻射能流與放置熱障前穩(wěn)定的熱輻射能流間的比值ξ(略去因表面有限線度造成的邊緣效應(yīng))。解: 放置熱障后達(dá)熱平衡時的溫度和熱流分布，應(yīng)有其中J為熱輻射能流密度，為比例常量，三式相加得式中為放置熱障前達(dá)到熱平衡時的熱輻射能流密度。最后，可得所求比值為ξ
教學(xué)教案相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1