Рентгеновская трубка, работающая при напряжении U = 66,3 кВ и силе тока I = 15,0 мА, излучает ежесекундно N = 1,0 · 1016 фотонов. Длина волны излучения, испускаемого трубкой, λ = 1,0 · 10–10 м. Определите КПД рентгеновской трубки.
от

1 Ответ

Дано:
- напряжение U = 66,3 кВ = 66,3 × 10^3 В (переводим киловольты в вольты)
- сила тока I = 15,0 мА = 15,0 × 10^(-3) А (переводим миллиампер в амперы)
- количество фотонов N = 1,0 · 10^16
- длина волны λ = 1,0 · 10^(-10) м

Найти: КПД рентгеновской трубки η.

Решение:

1. Сначала найдем мощность P, потребляемую рентгеновской трубкой. Она рассчитывается по формуле:

P = U * I.

2. Подставим значения:

P = (66,3 × 10^3 В) * (15,0 × 10^(-3) А) = 994,5 Вт.

3. Теперь найдем энергию одного фотона E_photon, используя длину волны λ:

E_photon = h * c / λ,

где h - постоянная Планка (h ≈ 6,626 × 10^(-34) Дж·с), c - скорость света (c ≈ 3 × 10^8 м/с).

4. Подставим известные значения:

E_photon = (6,626 × 10^(-34) Дж·с * 3 × 10^8 м/с) / (1,0 × 10^(-10) м).

5. Вычислим энергию одного фотона:

E_photon = (1,9878 × 10^(-25)) / (1,0 × 10^(-10)) = 1,9878 × 10^(-15) Дж.

6. Теперь найдем общую энергию E_total, излучаемую трубкой за одну секунду:

E_total = N * E_photon.

7. Подставим значения:

E_total = (1,0 · 10^16) * (1,9878 × 10^(-15) Дж) = 19,878 Дж.

8. Теперь мы можем рассчитать КПД рентгеновской трубки, используя формулу:

η = E_total / P.

9. Подставим значения:

η = 19,878 Дж / 994,5 Вт.

10. Вычислим КПД:

η ≈ 0,020.

11. Переведем в проценты:

η ≈ 2,0 %.

Ответ: КПД рентгеновской трубки η ≈ 2,0 %.
от