Каков коэффициент полезного действия источника света, работающего при напряжении 5 кВ и потребляющего ток 1 мА, если

Puma

67

Чтобы решить эту задачу, нам необходимо сначала рассмотреть определение коэффициента полезного действия источника света.

Коэффициент полезного действия (η) источника света определяет отношение количества фотоэнергии, преобразованной в полезную работу, к полной потребляемой энергии. В данном случае, полезная работа - это количество фотоионов, излучаемых источником света.

Используем следующую формулу для вычисления коэффициента полезного действия:

\[\eta = \frac{\text{Полезная работа}}{\text{Полная потребляемая энергия}}\]

Для начала, нам необходимо найти полезную работу, то есть количество фотоионов, излучаемых источником света в секунду (N) и среднюю фотоэнергию (E).

В условии задачи дано, что источник света излучает 2,1*10^18 фотоионов в секунду (N).

Теперь нам нужно вычислить среднюю фотоэнергию (E). Для этого воспользуемся формулой Планка:

\[E = \frac{hc}{\lambda}\]

где h - постоянная Планка, c - скорость света, \(\lambda\) - средняя длина волны излучения.

Возьмем значения фундаментальных констант:

h = 6.62607015 * 10^-34 Дж·с (джоулей-секунд)
c = 3 * 10^8 м/с (метров в секунду)

Подставляя эти значения в формулу, получаем:

\[E = \frac{(6.62607015 \times 10^-34 \cdot 3 \times 10^8)}{\lambda}\]

Далее, мы можем вычислить полезную работу (W) в джоулях, используя следующую формулу:

\[W = N \cdot E\]

Теперь, чтобы найти полный энергопотребление (P), нам необходимо учесть электрическую мощность, которую потребляет источник света. Мощность (P) измеряется в ваттах и определяется как произведение напряжения (U) и тока (I):

\[P = U \cdot I\]

В задаче сказано, что напряжение равно 5 кВ (киловольт), что можно перевести в вольты следующим образом:

5 кВ = 5000 В

Также, ток равен 1 мА (миллиампер), что можно перевести в амперы следующим образом:

1 мА = 0.001 А

Теперь, подставив значения напряжения и тока в формулу, мы получим полное энергопотребление в ваттах.

Для расчета коэффициента полезного действия (η) нам нужно разделить полезную работу (W) на полное энергопотребление (P):

\[\eta = \frac{W}{P}\]

Таким образом, выполняя рассчеты, мы можем получить ответ на задачу и обосновать его пошагово для понимания школьника.