Квантовая Физика… — Задание ЕГЭ по физике №00048575

Что тут происходит. Два тела с одинаковой начальной температурой освещают одинаковые лазеры одним и тем же красным светом. Различаются тела цветом: одно красное, другое зелёное. Нужно понять, какое нагреется сильнее. Будем считать, что во всём остальном тела одинаковы: одинаковые массы и теплоёмкости, одинаковые условия теплообмена с окружающим воздухом.

Шаг 1 — что значит «тело красного цвета». Цвет непрозрачного тела определяется тем, свет каких цветов оно отражает. Красное тело под белым светом выглядит красным, потому что красные лучи оно в основном отражает, а лучи остальных цветов поглощает. Зелёное тело хорошо отражает зелёный свет и поглощает остальные — в том числе красный.

Шаг 2 — свет как поток фотонов. По квантовой теории свет лазера — поток фотонов, каждый несёт энергию $E=h\nu$. Одинаковые лазеры каждую секунду посылают на каждое тело одинаковое число одинаковых красных фотонов, то есть приносят одинаковую энергию.

Шаг 3 — что происходит с фотоном. Отражённый фотон улетает и уносит свою энергию с собой — тело её не получает. Поглощённый фотон отдаёт энергию веществу: она переходит в энергию теплового движения его молекул, то есть во внутреннюю энергию тела.

Шаг 4 — нагрев. По молекулярно-кинетической теории температура — мера средней кинетической энергии теплового движения молекул. Зелёное тело поглощает большую часть падающих красных фотонов, красное — лишь малую часть, большинство отражает. Значит, внутренняя энергия зелёного тела растёт быстрее, и при одинаковых массах и теплоёмкостях его температура будет выше. Пока тела нагреваются, растёт и их теплоотдача в воздух, но у зелёного тела она уравновесит поглощаемую мощность при более высокой температуре.

Проверим себя. Если бы оба тела освещали зелёным лазером, та же логика дала бы обратный ответ: сильнее нагрелось бы красное тело, которое зелёный свет поглощает. Нагрев определяет не «совпадение цветов», а то, какую долю падающего света тело поглощает.