Остывающая планета
7/10Космонавты, высадившиеся на далёкой планете, в ходе исследований обнаружили, что:
— планета так далека от всех звёзд, что единственным источником энергии на ней являются протекающие в недрах планеты реакции радиоактивного распада;
— планета однородна, имеет форму шара, а радиоактивные элементы равномерно распределены по всему её объёму;
— период полураспада радиоактивных элементов равен 1 млн лет (ход этого процесса не зависит от температуры);
— температура на поверхности планеты \(t_1 = 0\ {}^\circ\text{C}\), а в её центре \(t_2 = 100\ {}^\circ\text{C}\);
— атмосфера отсутствует и планета непрерывно теряет энергию из-за теплового излучения.
Считая, что энергия, излучаемая в единицу времени с единицы площади поверхности планеты, пропорциональна четвёртой степени абсолютной температуры поверхности, а тепловой поток внутри планеты пропорционален перепаду температур на единицу расстояния \(\Delta T/\Delta r\), определите:
температуру на расстоянии \(r = R/2\) от центра планеты в момент исследований;
температуру на поверхности планеты через 4 млн лет;
температуру в центре планеты через 4 млн лет.
▶Показать разборСкрыть разбор
ПодсказкаВ стационарном режиме поток тепла через сферу радиуса \(r\) равен мощности источников внутри неё, отсюда профиль температуры \(T(r)\) — парабола. Через 4 млн лет (четыре периода полураспада) мощность источников уменьшится в 16 раз; это определяет и излучение с поверхности, и перепад температур.
Ответ1) \(t = 75\ {}^\circ\text{C}\); 2) \(t = -136{,}5\ {}^\circ\text{C}\); 3) \(t \approx -130\ {}^\circ\text{C}\).
Похожие задачи
- Остывание чая в двух стаканах МОШ 1988/89, 9 кл.
- Два куба на термостате МОШ 1988/89, 9 кл.
- Ртутный термометр с нагревателем ВсОШ 1996/97, 9 кл.
- Таяние сосулек МОШ 2000/01, 8 кл.
- Стопка монет «Туймаада» 2001/02, 11 кл.
- Передача тепловой энергии ВсОШ 2007/08, 9 кл.