Учёные из МГУ разработали новый термоэлектрический элемент (то есть преобразователь тепловой энергии в электрическую) на основе кремниевых нанонитей длиной L = 200 мкм. Юная изобретательница София решила использовать это устройство как фотоэлемент и поставила его под прямые солнечные лучи с интенсивностью I = 1300 Вт/м2. При этом всё солнечное излучение поглощалось в тонком слое на верхней поверхности нанонити, а нижняя поверхность имела постоянную температуру T1 = 300 K.
1. Найдите температуру верхней поверхности нанонити.
2. Оцените максимальный КПД такого солнечного элемента, считая, что солнечный свет поглощается полностью. Теплопроводность кремниевой нанонити Теплопередачей с боковых стенок нанонити в окружающую среду пренебречь.
Воспользуемся уравнением теплопроводности, к которому талантливые школьники должны прийти путём нетривиальных логических рассуждений:
Отсюда найдём T2:
Максимальный КПД элемента будет определяться КПД цикла Карно:
Ответ: