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

19771. Сооружение и ремонт сетей газоснабжения и нефтепродуктообеспечения 525.69 KB
  1.Классификация газопроводов сетей газораспределения и газопотребления прокладываемых в больших городах и населенных пунктах. По давлению. В зависимости от максимального давления газа городские газопроводы разделяют на следующие группы: 1 газопроводы низ...
19772. Механика грунтов 440 KB
  Физические свойства грунтов Степень уплотненности грунта в условиях природного залегания оценивается на основе физических характеристик выявляемых путем постановки опытов в полевых условиях или испытания в лабораториях. Рассматрив...
19773. Строительные конструкции 6.62 MB
  71. Конструктивные схемы прокладки линейной части трубопроводов Основной составляющей магистрального трубопровода является линейная часть непрерывная нить сваренная из отдельных труб или секций и уложенная вдоль трассы тем или иным способом. В настоящее время су
19774. Сооружение и ремонт резервуарных парков 3.72 MB
  81. Стальные вертикальные цилиндрические резервуары с плавающими крышами. Для сокращения потерь нефтепродуктов от испарения поверхность жидкости в резервуаре закрывают круглой мембраной понтоном или плавающей крышей рис.1.. Основное отличие данного типа резервуар...
19775. Технология металлов 109.5 KB
  91. Что называется скрапом в металлургической промышленности. Скрап Вторичный металл металлическое сырьё в виде лома и отходов производства предназначаемое для переплавки с целью получения годного металла. Процесс производства стали основан на методах плавления ч
19776. Защита трубопроводов от коррозии 471 KB
  101. Основной принцип катодной защиты. Катодная защита рис. 1 защита подземного металлического трубопровода при наложении электрического поля от внешнего источника тока создающего катодную поляризацию на трубопроводе. При этом коррозионному разрушению подвергаетс
19777. Сварка трубопроводов и конструкций 342 KB
  111. Источники питания сварочным током применяемые в трассовых условиях их назначение и устройство. Для обеспечения сварочного процесса в трассовых условиях или на строительной площадке установки обычно комплектуют источником питания сварочной дуги сварочным агре
19778. Диагностика и контроль качества 1.17 MB
  121. Методы диагностики магистральных трубопроводов. Методы диагностирования позволяют обнаружить дефекты различного происхождения определять их характер и размеры а следовательно появляется возможность классифицировать их по степени опасности и устанавливать оч...