50014

ВИЗНАЧЕННЯ СТАЛОЇ СТЕФАНА–БОЛЬЦМАНА

Лабораторная работа

Физика

Прилади і матеріали Оптичний пірометр із зникаючою ниткою електрична лампочка розжарення регулятор напруги ватметр блок живлення пірометра акумуляторна батарея В даній лабораторній роботі для знаходження сталої СтефанаБольцмана застосовується метод порівняння потужності електричного струму яка витрачається на розжарення вольфрамової нитки електричної лампочки і потужності теплового випромінювання з поверхні цієї нитки. Прилади для вимірювання температури нагрітих тіл за інтенсивністю їх теплового випромінювання в оптичному...

Украинкский

2014-01-14

205 KB

1 чел.

 Лабораторна робота №4

ВИЗНАЧЕННЯ СТАЛОЇ СТЕФАНА–БОЛЬЦМАНА

Мета роботи

Ознайомитися з будовою і принципом роботи оптичного пірометра із зникаючою ниткою, визначити сталу Стефана–Больцмана

Для виконання лабораторної роботи студенту попередньо необхідно: знати фізичну суть і закони теплового випромінювання (§3.1, §3.2), квантову гіпотезу і формулу Планка (§3.3)

Прилади і матеріали

Оптичний пірометр із зникаючою ниткою, електрична лампочка розжарення, регулятор напруги, ватметр, блок живлення пірометра (акумуляторна батарея)

В даній лабораторній роботі для знаходження сталої Стефана–Больцмана застосовується метод порівняння потужності  електричного струму, яка витрачається на розжарення вольфрамової нитки електричної лампочки і потужності теплового випромінювання з поверхні цієї нитки.

Якщо знехтувати втратами на теплопровідність провідників і середовища, що оточує розжарену нитку електричної лампочки, то можна записати рівність:

                                 ,                                  (1)

де  – площа поверхні розжареної нитки;  – коефіцієнт сірості (ступінь чорноти) тіла, який визначається як відношення інтегральної випромінювальної здатності сірого тіла  до інтегральної випромінювальної здатності абсолютно чорного тіла : (для вольфраму в інтервалі температур 800–1400 0С для довжини хвилі  =0,85);  – стала Стефана–Больцмана;  –  температура тіла;  – температура оточуючого середовища.

З (6) випливає, що

                                                  .                                                      (2)

Методи вимірювання високих температур, які використовують залежність випромінювальної здатності тіл від їх температури, відносяться до оптичної пірометрії. Прилади для вимірювання температури нагрітих тіл за інтенсивністю їх теплового випромінювання в оптичному діапазоні довжин хвиль називаються пірометрами. Існують декілька типів пірометрів. Пірометр із зникаючою ниткою, який використовується в даній лабораторній роботі, схематично зображений на рис. 1.

Основною частиною такого пірометра є еталонна лампочка 1, нитка розжарення якої розташована у фокальній площині об’єктива 3, призначеного для збирання світлових променів від досліджуваного об'єкта 6 у цій площині. Таким чином, у фокальній площині об’єктива зображення поверхні досліджуваного тіла, температуру якого необхідно виміряти, накладається на нитку розжарення еталонної лампочки. За допомогою реостата  змінюють силу струму в колі еталонної лампочки 1 і, спостерігаючи через окуляр 5 нитку розжарення еталонної лампочки, добиваються того, щоб на фоні випромінюючої поверхні нитка зникала (рис. 2,а). В цьому випадку яскравості нитки і поверхні досліджуваного тіла в спектральній ділянці, що пропускає світлофільтр 4, співпадають між собою. При меншому розжаренні нитки еталонної лампочки в пірометрі на фоні випромінюючої поверхні спостерігається темніша нитка (рис. 2,б), при більшому – світліша нитка (рис. 2,в).

Відлік температури за шкалою пірометра роблять тоді, коли яскравості нитки розжарення еталонної лампочки 1 пірометра і поверхні досліджуваного тіла, а отже їх випромінювальні здатності, будуть однаковими. Яскравісною температурою тіла Тя  при  випромінюванні світла з довжиною хвилі  називається така температура абсолютно чорного тіла, при якій яскравості обох тіл у світлі з однією і тією ж довжиною хвилі рівні між собою.

Зв’язок між температурою  і дійсною температурою  тіла надається співвідношенням:

,                                                         (3)

де ; =0,45– для вольфраму в області температур 1000–15000С, (ln0,45=-0,8);  – середня довжина хвилі спектральної ділянки, яку пропускає світлофільтр пірометра. Таку довжину хвилі використовують при вимірюванні пірометром температури тіл в інтервалі 800–12000С. Для більших температур використовують послаблюючий димчастий світлофільтр.

Рис. 1. 1 – еталонна лампочка; 2 – діафрагма; 3 – об’єктив; 4 – світлофільтр; 5− окуляр; 6− досліджуване тіло.

                              а)                                              б)                                             в)

Рис.2

Порядок виконання роботи

  1.  Підготувати пірометр до роботи. Для цього:
  •  при вимкнутому живленні пірометра візуально перевірити “0” стрілки пірометра, повернувши дисковий регулятор на пірометрі в крайнє ліве положення;
  •  встановити в пірометрі червоний світлофільтр 4;
  •  під’єднати батарею акумуляторів до пірометра (якщо вона не під'єднана). УВАГА! Під’єднання здійснює керівник заняття.
  1.  Короткочасно (до 10 с) натиснути кнопку “Вкл.” на батареї акумуляторів і встановити температуру 1000  на шкалі пірометра. При цьому, в окулярі 5 пірометра спостерігати розжарене зображення нитки еталонної лампочки 1. Відпустити кнопку "Вкл.". Повернути дисковий регулятор на пірометрі в крайнє ліве положення.
  2.  Увімкнути регулятор напруги в мережу 220 В. Змінюючи струм в колі електричної лампочки за допомогою регулятора напруги спостерігати зміну її яскравості.
  3.  При натиснутій кнопці “Вкл.” почергово з кроком 50 встановлювати за допомогою дискового регулятора температуру  в інтервалі 1000–1200 0С за шкалою пірометра, а регулятором напруги встановлювати розжарення електричної лампочки таким, щоб яскравість ниток еталонної та електричної лампочок в окулярі 5 були однаковими. В таблицю 1 записувати значення потужності , яку споживає електрична лампочка, і  – яскравісну температуру за шкалою пірометра.
  4.  За формулою (3) обчислити значення дійсних температур  нитки розжарення електричної лампочки, що відповідають відповідним температурам .
  5.  Використовуючи значення  і відповідні значення  за формулою (2) обчислити − значення сталої Стефана–Больцмана, беручи до уваги, що площа  ефективної поверхні нитки розжарення електричної лампочки становить: , а =295 К.
  6.  Отримані результати вимірювань і розрахунків записати в таблицю1.

Таблиця 1

№ з/п

      ,

1

2

3

4

5

сер.

хххх

хххх

хххх

Контрольні запитання

  1.  Яке випромінювання називається тепловим? Яка його відмінність від інших видів випромінювання?
  2.  Що називається спектральною випромінювальною та поглинальною здатністю тіла?
  3.  Які тіла називаються абсолютно чорними?
  4.  Сформулюйте і запишіть закон Стефана–Больцмана та з’ясуйте його фізичний зміст.
  5.  Що називається дійсною та яскравісною температурами?
  6.  Які оптичні прилади називаються пірометрами? Поясніть принцип дії пірометра із зникаючою ниткою.
  7.  Які тіла називають сірими?
  8.  Сформулюйте та поясніть закон Кірхгофа для теплового випромінювання.
  9.  Поясніть фізичну суть квантової гіпотези Планка.
  10.  Охарактеризуйте основні властивості фотонів.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

75361. ОЦІНЮВАННЯ РИНКОВОЇ ВАРТОСТІ МАШИН І ОБЛАДНАННЯ 221 KB
  Вживаний у практиці господарювання термін “машини та обладнання” має більш широке значення і не зводиться тільки до четвертої групи типової класифікації основних фондів, яка використовується діючими системами бухгалтерського обліку та статистики.
75362. Нематеріальні активи та методи їх оцінки 185.5 KB
  Визначимо специфічні риси нематеріальних активів: відсутність матеріальної основи для отримання вигод; умовна невіддільність від субєкта господарювання; тривалий термін використання; відсутність корисних відходів; невизначеність усього спектру можливих ефектів від використання; підвищений рівень ризику на стадіях створення та використання. Відзначені риси нематеріальних активів характеризують їх в якості обєкта обліку як узагальнену оцінку результатів творчої діяльності і засобів індивідуалізації юридичних осіб...
75363. ТРУДОВИЙ ПОТЕНЦІАЛ ПІДПРИЄМСТВА ТА ЙОГО ОЦІНЮВАННЯ 210.5 KB
  Роль і значення трудового потенціалу в економічних відносинах. Методологія оцінювання трудового потенціалу підприємства. Методики оцінювання трудового потенціалу підприємства. Роль і значення трудового потенціалу в економічних відносинах Трудові ресурси це економічно активна працездатна частина населення регіону яка володіє фізичними і культурноосвітніми можливостями для участі у економічній діяльності підприємства організації.
75364. ОЦІНЮВАННЯ ВАРТОСТІ БІЗНЕСУ 234 KB
  Відповідно до міжнародних стандартів, оцінювання вартості бізнесу — це акт чи процес формування точки зору оцінювача та підрахунку вартості бізнесу, цілісного майнового комплексу або пов’язаних з ним прав. Визначення вартості окремих елементів бізнесу досліджувалося у попередніх розділах
75365. СУТНІСНА ХАРАКТЕРИСТИКА ПОТЕНЦІАЛУ ПІДПРИЄМСТВА 134 KB
  Властивості потенціалу підприємства. Воблого знайшло обґрунтування поняття потенціалу виробничих сил як потенційної можливості країни виробляти матеріальні блага для задоволення потреб населення. До складових потенціалу в цьому розумінні відносять відповідні трудові матеріальні фінансові та інформаційні ресурси які залучаються у сферу вдосконалення виробництва.
75366. МЕТОДИЧНІ ПІДХОДИ ДО ОЦІНЮВАННЯ ПОТЕНЦІАЛУ ПІДПРИЄМСТВА 333.5 KB
  У випадку визначення майбутньої корисності від господарського використання обєкту тобто розміру чистого потоку капіталу отриманого інвесторомвласником від експлуатації земельної ділянки будівлі чи споруди очевидно що аналітик апріорі розраховує можливу вартість обєкту. Усі мультиплікатори поділяються на дві групи у залежності від виокремленої ознаки: Залежно від бази порівняння: ресурсні мультиплікатори у якості бази порівняння беруться суми витрат наприклад вартість капітал підприємства; результатні мультиплікатори у якості...
75367. ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ ОЦІНЮВАННЯ ПОТЕНЦІАЛУ ПІДПРИЄМСТВА 142 KB
  Визначити вартість основних виробничих фондів і оборотних фондів досить легко але дати вартісну оцінку трудових ресурсів можна лише непрямим шляхом і з достатнім ступенем умовності що посилюється ще і тим що для живої праці визначальне значення мають її якісні характеристики. Поняття вартості та її модифікації Вартість це гроші чи грошовий еквівалент який покупець готовий обміняти на якийнебудь предмет чи обєкт. Вартість це міра того скільки гіпотетичний покупець готовий заплатити за оцінювану вартість. Витрати впливають на ринкову...
75368. Розвиток підприємства: зміст, сучасні концепції та передумови 831 KB
  Розвиток підприємства: зміст сучасні концепції та передумови Поняття економічного розвитку підприємства Підприємницька діяльність передбачає динамічність розвиток і зростання. Його джерелами для підприємства виступають вміння максимально задіяти внутрішні ресурси наявність добре розвинених видів діяльності та ринків збуту постійний процес розробки та впровадження інновацій здатність швидко реагувати на зміни на ринку і використовувати надані можливості. Економічне зростання підприємства розглядають насамперед як необхідну умову...