Задачи › Теплопроводность, закон охлаждения Ньютона

Остывающая планета

  1. Остывающая планета

    ВсОШ 2003/04, 11 кл.
    7/10

    Космонавты, 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:

    1. температуру на расстоянии \(r = R/2\) от центра планеты в момент исследований;

    2. температуру на поверхности планеты через 4 млн лет;

    3. температуру в центре планеты через 4 млн лет.

    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Подсказка

    В 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.

    Ответ

    1) \(t = 75\ {}^\circ\text{C}\);  2) \(t = -136{,}5\ {}^\circ\text{C}\);  3) \(t \approx -130\ {}^\circ\text{C}\).

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи