36935

ВИЗНАЧЕННЯ СТАЛОЇ В ЗАКОНІ СТЕФАНА-БОЛЬЦМАНА

Лабораторная работа

Физика

Основні теоретичні відомості Якщо на тіло падає потік світла то частина цього потоку буде відбиватися від його поверхні а друга частина потоку що проникає в тіло буде поглинатися частинками тіла і перетворюватися в інші форми енергії в кінцевому рахунку в теплоту. Відношення відбитого потоку Фвідб до падаючого потоку Ф називається коефіцієнтом відбивання або поглинаючою здатністю тіла тобто а = Фвід6 Ф а відношення потоку що поглинається тілом до падаючого потоку називається коефіцієнтом поглинання або поглинаючою здатністю...

Украинкский

2013-09-23

127 KB

8 чел.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 409

ВИЗНАЧЕННЯ СТАЛОЇ В ЗАКОНІ СТЕФАНА-БОЛЬЦМАНА

Мета роботи - вивчення основних закономірностей теплового випромінювання, визначення сталої Стефана-Больцмана.

Прилади і матеріали: оптичний пірометр ОППIР - 09; акумулятор на * 2 А і 4 В; ватметр на 300 Вт, реостат опором 400 Ом, розрахований на 220 В i 400Вт.

Основні теоретичні відомості

 Якщо на тіло падає потік світла, то частина цього потоку буде відбиватися від його поверхні, а друга частина потоку, що проникає в тіло, буде поглинатися частинками тіла і перетворюватися в інші форми енергії, в кінцевому рахунку - в теплоту.

 Відношення відбитого потоку Фвідб до падаючого потоку Ф називається коефіцієнтом відбивання або поглинаючою здатністю тіла, тобто а = Фвід6 / Ф , а відношення потоку, що поглинається тілом, до падаючого потоку називається коефіцієнтом поглинання або поглинаючою здатністю тіла, тобто  = Фвідб / Ф .

 Різні тіла по різному як відбивають, так і поглинають світло, що падає на них, а тому значення  і а характерні для кожного тіла і залежать як від довжини хвилі світла. так і від абсолютної температури Т .

 Тіло у якого поглинаюча здатність а=1, тобто воно повністю відбиває світло, що падає на нього, називається абсолютно білим. При цьому колір такого тіла повністю визначається спектром світла, що його освітлює.

 Тіло, у якого = 1, тобто воно повністю поглинає промені, що падають на нього, називається абсолютно чорним тілом. Таких тіл у природі немає, але найбільш близько до нього підходять, наприклад, сажа, платинова чорнота, у яких р = 0,99.

Тіло, у якого поглинаюча здатність р<1, але однакова для всіх довжин хвиль, називається сірим тілом.

Але крім відбивання і поглинання світла тіла здатні самі світитися. Коли тіло світиться в результаті нагрівання, то таке світіння називається температурним або тепловим випромінюванням. Кількісною характеристикою теплового випромінювання тіла є його спектральна густина енергетичної світності гл , тобто кількість променевої енергії, що випромінює одиниця поверхні тіла за одиницю часу (Дж/м2-с) при температурі тіла Т. Величина гл є функцією від довжини хвилі X і температури тіла Т, тобто г= ц7„,Т) і для різних тіл ця величина є різною.

 Повна енергетична світність по всіх довжинах хвиль, як.показали Стефан (в 1878 році дослідним шляхом) і Больцман (в 1884 році термодинамічним шляхом), для абсолютно чорного тіла пропорційна температурі в четвертій степені, тобто

                                                                                                         (9.1)

           де а - стала Стефана-Больцмдна, яку нам і потрібно визначити в даній роботі.

 Якщо при кімнатній температурі То абсолютно чорне тіло одержує від середовища енергію в одиницю часу Wо, а повна енергія, що випромінюється цим тілом при температурі Т в одиницю часу,- W, то потужність енергії W1 , що випромінює абсолютно чорне тіло, виходячи із закону Стефана-Больцмана, визначається за формулою :

             W=W1 W0 =,                                                              (9.2)

         де S - площа поверхні, що випромінює енергію.

 Температура розжареного тіла Т визначається дослідним шляхом за допомогою оптичного пірометра. Температура тіла, що визначається за допомогою оптичного пірометра, буде дійсною тільки для абсолютно чорного тіла. Для всіх інших тіл випромінювальна здатність менша, ніж для абсолютно чорного тіла, тому температура, яку нам покаже пірометр, буде більша від дійсної. Для того, щоб правильно визначити значення сталої а , потрібно у формулу (9.2) ввести відносний коефіцієнт С , який дорівнює відношенню енергетичної світності даного тіла до енергетичної світності абсолютно чорного тіла. Тоді формула (9.2) буде мати вигляд :

                                                  ,

               звідси                       .                                                              (9.3)

 Для вольфраму С - 0,43 ; S = 3,3-10-4 м.

Опис приладу

 Оптичний пірометр із зникаючою ниткою розжарення типу ОППІР-09 призначений для вимірювання температур нагрітих тіл методом порівняння інтенсивності випромінювання досліджуваного і еталонного

джерел світла.

 Схема приладу наведена на рисунку 9.1 разом зі схемою лабораторної установки.

 Оптичний пірометр складається із зорової труби, усередені якої в головній фокальній площині об'єктива Об розміщена еталонна лампа розжарення Л, яка живиться від акумулятора Е. Послідовно з ниткою лампи Н ввімкнено гальванометр Г і реостат R, за допомогою якого регулюється розжарення нитки. Пірометр має червоний світлофільтр Фс, який пропускає світло з довжиною хвилі 660 нм.

 Фільтр Фс розміщено перед окуляром Ок . Перед об'єктивом Об розміщено димчасте скло Д , яке служить для гасіння яскравості лампи випромінювання (температури нитки розжарення якої визначаємо), не пережарюючи еталонного джерела світла, при вимірюванні температури вище1500°С.

 Гальванометр пірометра має дві шкали - верхню і нижню. Шкали  проградуйовано в градусах, що відповідають випромінюванню абсолютно чорного    тіла.    Нижньою    шкалою    користуються    без    застосування димчастого скла.

Порядок виконання роботи

1.  Зібрати електричне коло лампи Л1, , яка є досліджуваним випромінювачем, як показано на рисунку 9.1. На рисунку W - ватметр, R1 - реостат для регулювання потужності, що подається на лампу Л1 Вмикати лампу в мережу дозволяється  лише  після перевірки  кола викладачем.

2.  Ввімкнути акумулятор Е, що живить лампу Л пірометра.

3.  Навести зорову трубу на лампу Л1 і, пересуваючи окуляр, добитися чіткого зображення нитки лампи пірометра на середині зображення лампи випромінювача.

4. Повертаючи за годинниковою стрілкою регулювальний реостат пірометра К, ввімкнути еталонну лампу Л і підібрати таку ж яскравість зображення нитки Н лампи пірометра, як і нитки лампи-випромінювача. Записати виміряну температуру  по  гальванометру і потужність по ватметру.

5.  За допомогою реостата R1 змінити силу струму в колі лампи Л1 і для кожного разу  виміряти температуру  нитки розжарення   при  різних споживаних потужностях.

 Починати вимірювання температури нитки при потужності 40 Вт з подальшим збільшенням потужності на 10 Вт. Коли температура нитки буде більша ніж 1500°С, то необхідно поставити димчасте скло і користуватися нижньою шкалою.

6.  Результати вимірювання і дані записати в таблицю :

T0,K

T1, K

м2

C

3.3*10-4

0.43

7.  За формулою (9.3) обчислити сталу а в законі Стефана-Больцмана.

8.  Обчислити абсолютну і відносну похибки і записати кінцевий результат у вигляді:

9.  Побудувати графік залежності температури нитки розжарення від споживаної потужності

T=f(W)

Контрольні запитання

1.  Яке тіло називається абсолютно чорним, абсолютно білим, сірим?

2.  Сформулюйте і запишіть закон Стефана-Больцмана.

3.  Який фізичний зміст сталої в законі Стефана-Больцмана?

4.  Чому температура нитки лампи, що вимірюється пірометром, нижча від дійсної?

5.  Будова і призначення пірометра із зникаючою ниткою розжарення.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

23889. Краткий словарь литературных терминов 94.5 KB
  АВТОГРАФ собственноручно написанная автором рукопись произведения письмо надпись на книге а также собственноручная подпись автора. АВТОР реальная личность создатель литературного произведения. АНОНИМ 1 произведение без обозначения имени автора; 2 автор произведения скрывший свое имя. АРХИТЕКТОНИКА построение художественного произведения соразмерность его частей глав эпизодов.
23890. Структура художественного произведения 14.46 KB
  Структура литературного произведения это некое строение произведения словесного искусства его внутренняя и внешняя организация способ связи составляющих его элементов. Наличие определённой структуры обеспечивает целостность произведения его способность воплощать и передавать выражаемое в нём содержание. В основном структура художественного произведения такова: Идея это главная мысль произведения в которой выражается отношение писателя к изображаемым явлениям.