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

21379. Аппаратура передающего тракта: устройство и работа усилителя мощности ГА-210 98.49 KB
  В состав УМ входят: широкополосный транзисторный усилитель ШТУ блок ГА730; фильтр гармоник блок ГА711; три блока ламповых усилителей с распределенным усилением УРУ ГА 71801; блок согласованной нагрузки для сеточной линии блоков УРУ блок ГА724; два блока согласующих трансформаторов сопротивлений для анодной линии блоков УРУ блоки ГА732; блок защиты ламп блок ВГ723; блок питания ШТУ блок ГА708: блок питания накальных цепей ламп УРУ блок ГА706: блок питания управляющих сеток ламп УРУ блок ГА705: блок...
21380. Аппаратура передающего тракта: устройство и работа фидерного тракта ГА-230 49.71 KB
  В состав АФС Р 330Б входят : передающая логопериодическая антенна ГА 480; передающая ненаправленная антенна ГА 482; приемо пеленгаторная антенна Эдкока Комолова Т 251; направленная антенна РРС Р 415В Z образная ДБ 11; ненаправленная антенна РРС ДБ12; штыревая антенна АШ 4 р станции Р 173; штыревая антенна АШ 4 УПП Т 210. Передающая логопериодическая антенна ГА 480 предназначена для излучения р сигнала помехи в пространство с вертикальной поляризацией и используется при работе АСП на стоянке....
21381. Система электропитания станции. Средства связи 619.06 KB
  Наименование Назначение Приёмопередатчик: В него входят: Блок 3 Блок 4М Блок 7 Блок 9 Блок 10 Блок 11 Блок 12М Блок 13 Монтажный комплект антенного устройства Комплект запасных частей Кабель ВЧ Кабель НЧ Эксплуатационная документация Блок приёма Синтезатор частот Запоминающее устройство Перестраиваемый фильтр Усилитель мощности Антенносогласующее устройство Возбудитель Блок питания Устройство и работа радиостанции и её составных частей Структурная схема радиостанции Структурная схема радиостанции приведена на...
21382. Назначение, состав, тактико-технические характеристики АСП Р-934У 19.15 KB
  Диапазон рабочих частот 100000 399999 МГц. Станция в режиме ПОИСК позволяет производить: ручное обнаружение сигналов с любым видом модуляции во диапазоне частот; автоматическое обнаружение и сортировку сигналов по заранее заданному виду модуляции НС во всем диапазоне; визуальнослуховой анализ обнаруженных сигналов; ручное включение и выключение помехи на любой сигнал; автоматическое включение и выключение помехи на частоте обнаруженного сигнала для которого совпадает заданный вид модуляции с...
21383. Пост управления АШ-100 АСП Р-934У 62.58 KB
  Состав: АШ304 приемное АФУ предназначенное для приема электромагнитных волн и подачи их на приемные устройства поста управления; АШ401 приемное устройство плавного диапазона на базе Р313М2 предназначено для автоматического и ручного поиска сигналов; АШ400А панорамный анализатор обзора предназначен для визуального контроля за разведуемым участком диапазона частот; АШ403 датчик кода частоты предназначен для автоматического считывания частоты настройки АШ401 и формирования кода этой частоты для микропроцессора; Микропроцессор...
21384. Приемное устройство обнаружения 116.44 KB
  1 кГц; режим АВТОМАТ. 10 кГц. Технические характеристики Разрешающая способность прибора: в режиме ПОНОРАМА: 1МГц в поддиапазоне 300 кГц в секторе; в полосе анализа 250 кГц 8 кГц; в полосе анализа 1 МГц 30 кГц; в полосе анализа 50 кГц 3 кГц. Время анализа: в пределах поддиапазона 1 сек; в пределах сектора 03 сек; в полосах обзора 1 МГц 250 кГц 50 кГц 30 мс.
21385. Приемное устройство обнаружения. Приемник дискретный АШ404 57 KB
  Приемное устройство обнаружения предназначено для автоматической настройки на заданную частоту определения вида модуляции и спектрального анализа сигнала. Прибор АШ 404 предназначен для автоматической настройки на разведанную частоту ее усиления и уточнения определения вида модуляции принимаемого сигнала и формирования усиленной 1ПЧ необходимой для работы анализатора спектра. Прибор позволяет автоматически определять вид модуляции принимаемого сигнала. Блок приемного устройства производит селекцию усиление принимаемого сигнала и его...
21386. Передающее устройство ВГ-020 37.25 KB
  Диапазон частот передатчика 100 400 МГц. Мощность на выходе передатчика не менее 1000 Вт. Время перестройки передатчика на любую частоту 2 мс. Потребляемая мощность передатчика не более 16 кВт без системы охлаждения.
21387. Система электропитания станции. Меры безопасности при работе на станции помех 58.25 KB
  Устройство и принцип работы АСП Р 934У Занятие №6Система электропитания станции. Меры безопасности при работе на станции помех Вопрос№1 Назначение технические характеристики состав устройство и принцип работы системы электропитания. Система электропитания станции предназначена для обеспечения питанием аппаратуры изделия защиты цепей питания от коротких замыканий и перегрузок коммутации цепей а также защиты обслуживающего персонала от поражения электрическим током. Технические характеристики Система электропитания обеспечивает...