Feladat: 2962. fizika feladat Korcsoport: 18- Nehézségi fok: nehéz
Megoldó(k):  Böde Csaba ,  Gyukics Mihály ,  Hegyi Barnabás ,  Kurucz Zoltán ,  Mátrai Tamás ,  Méder Áron ,  Négyesi Gábor ,  Perényi Márton ,  Tóth Gábor Zsolt ,  Várkonyi Péter 
Füzet: 1997/február, 106. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Stefan--Boltzmann-törvény, Űrszondák, Feladat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1996/február: 2962. fizika feladat

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre.

A távoli világűrben a szonda közelében nincsen olyan anyag, amelytől számottevő mértékben hőt tudna felvenni, vagy annak leadni, így az energia leadása teljes egészében hőmérsékleti sugárzással történik. Feltesszük, hogy a szonda a világűrből nem kap számottevő mértékben energiát (vagyis a világűr ,,hideg'').
a) Védőpajzs nélkül a szonda annyira melegszik fel, hogy a belső energiaforrásai által leadott P0 teljesítményt hőmérsékleti sugárzás formájában ki tudja sugározni. Ez a hőmérséklet a megadott T0=250K.
Védőpajzs alkalmazása esetén a védőpajzs hőmérséklete T0 kell legyen, hiszen ezen a hőmérsékleten tudja leadni az egész rendszer belsejéből származó P0 teljesítményt. (A pajzs felületét közel azonosnak tekinthetjük a szonda felületével.) A T0 hőmérsékletű pajzs nemcsak kifele, de befelé  is sugároz, méghozzá éppen P0 teljesítménnyel, hiszen a sugárzás erősségét a hőmérséklet határozza meg. A szondának tehát összesen P1=2P0 teljesítményt kell kisugároznia, ezt viszont csak az eredetinél magasabb T1 hőmérsékleten tudja megtenni. Mivel a Stefan‐Boltzmann-törvény szerint a sugárzási teljesítmény (felületegységenként) T4-nel arányos, a kérdezett hőmérséklet T1=24T0=297K lesz.
b) Hasonló módon kaphatjuk meg a sugárzási teljesítményeket és a hőmérsékleteket több hővédő pajzs esetén is. A legkülső pajzs (kifelé és befelé egyaránt) P0 teljesítménnyel sugároz, az eggyel beljebb levő eszerint 2P0-lal, a harmadik 3P0 teljesítménnyel (hiszen kívülről kap 2P0-t, amihez hozzáadódik a belülről jövő P0 és így tovább. A legbelső, (n+1)-edik réteg, vagyis maga a szonda (n+1)P0 teljesítménnyel sugároz, a hőmérséklete tehát Tn+1=n+14T0 kell legyen. n=8 esetén Tszonda=94250K300K lesz.

 Gyukics Mihály (Szolnok, Varga K. Gimn., IV. o.t.)

 

Megjegyzés. Az itt leírtakhoz hasonló elven működik a termosz (Dewar-edény) is. A meleg folyadékot tartalmazó edényt légritkított térrel és (egy vagy több) tükröző felületű fallal veszik körül. A külső réteg hőmérséklete kisebb lesz, mint a belső edényé, emiatt a termosz tartalma lassabban hűl ki, mint a hagyományos edényeké.