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

7 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

46261. Значения параметров по умолчанию. Перегрузка функций и операторов. Дружественные функции 13.3 KB
  Дружественная функция объявляется внутри класса, к элементам которого ей нужен доступ, с ключевым словом friend. Дружественная функция может быть обычной функцией или методом другого ранее определенного класса.
46262. Правовая охрана изобретений, полезных моделей и промышленных образцов 13.27 KB
  Патент удостоверяет приоритет авторство изобретения полезной модели или промышленного образца и исключительное право на их использование.В отличие от функций патента срок его действия различается в зависимости от вида объекта промышленной собственности. Так патент на изобретение действует в течение двадцати лет считая с даты поступления заявки в Патентное ведомство.
46263. А.В. Запорожец «Основные проблемы онтогенеза психики» 13.19 KB
  Психологии – сложная динамическая система взаимосвязанных процессов и явлений отдельные процессы развиваются не самостоятельно а в системе. психологии направлены на констатацию происходящих в психике возрастных изменений на изучение причин и законов на установление зависимости изменений от условий жизни ребенка. психологии – наблюдение беседы сбор и анализ продуктов деятти разные виды эксперимента.
46264. Сбор и обработка статистической информации для расчета показателей надежности 13.19 KB
  Для буровых и нефтегазопромысловых машин очень характерно рассеивание хначений показателей надежности. Наряду с особенностями конструкции машин технологии их изготовления большое влияние на разброс показателей надежности оказывают условия эксплуатации техники. Учитывая рассеивание информации о надежности следует установить необходимое количество машин над которыми нужно взять наблюдение как при сборе сведений при эксплуатации оборудования в реальных условиях так и при проведении специальных исследований.
46265. Основные принципы генетического исследования психического развития 13.17 KB
  Основные принципы генетического исследования психического развития. Понятия условий источников и движущих сил психического развития. Генетическая психология интересуется проблемами возникновения и развития психических процессов. Применяемый нами метод писал он может быть методом экспериментально генетическим в том смысле что он искусственно вызывает и создает генетический процесс психического развитияЗадача сводится к тому чтобы экспериментально представить всякую высшую форму поведения не как вещь а как процесс взять ее в...
46266. Выбoр рaциoнaльнoгo спoсoбa вoсстaнoвления детaлей 13.17 KB
  При выборе способа восстановления необходимо учитывать конструктивные особенности детали условия ее работы величину и характер износа материал и термическую обработку размеры восстанавливаемой поверхности технологические возможности ремонтного предприятия надежность работы детали после восстановления затраты на восстановление и т. Определив приемлемые способы ремонта необходимо подробно разработать технологию восстановления детали и определить затраты на восстановление по каждому технологическому процессу. Для того чтобы решить вопрос...
46267. Понятие стадий развития в концепции Пиаже 13.15 KB
  Понятие стадий развития в концепции Пиаже Стадии – это ступени или уровни развития последовательно сменяющие друг друга причем на каждом уровне достигается относительно стабильное равновесие. Пиаже не раз пытался представить интеллектуальное развитие ребенка как последовательность стадий.Процесс развития интеллекта согласно Пиаже состоит из трех больших периодов в течение которых происходит зарождение и становление трех основных структур. Развитие по Пиаже это переход от низшей стадии к высшей.
46268. Этические основы связей с общественностью 13.13 KB
  Существует и ряд кодексов где проф. Это международные и национальные кодексы профессиональной этики: Кодекс профессионального поведения и этики ИПРА 1961 ИПРА МЕЖДУНАРОДНАЯ АССОЦИАЦИЯ ПАБЛИК РИЛЕЙШНЗ Афинский кодекс 1965 Кодекс профессионального поведения института PR ИПР 1986 Европейский Лиссабонский кодекс 1978 кодекс Американского общества паблик рилейшнз 1954 В сентябре 2001 Российская ассоциация по связям с общественностью приняла Российский кодекс профессиональных и этических принципов в области связей с...
46269. Зависимость психического развития от содержания структуры деятельности ребенка. Понятие ведущей деятельности. (Эльконин, Леоньтев) 13.07 KB
  Зависимость психического развития от содержания структуры деятельности ребенка. Понятие ведущей деятельности. То что непосредственно определяет развитие психики ребенка это сама его жизнь развитие реальных процессов этой жизни иначе говоря развитие деятельности ребенка как внешней так и внутренней. Значит в изучении развития психики ребенка следует исходить из анализа развития его деятельности так как она складывается в данных конкретных условиях его жизни.