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 Стефана–Больцмана 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

29054. Патентное право: понятие, объекты патентного права и условия их патентоспособности 64.5 KB
  На результат интеллектуальной деятельности признанный патентоспособным выдается патент официальный документ удостоверяющий приоритет авторство на изобретение полезную модель или промышленный образец а также исключительное право его обладателя на изобретение полезную модель или промышленный образец. Полезная модель. Полезная модель признается соответствующей условиям патентоспособности если является новой и промышленно применимой. Полезная модель признается новой если совокупность ее существенных признаков не известна из уровня...
29055. Наследование по завещанию 53 KB
  Наследодатель вправе сделать распоряжение своим имуществом на случай смерти путем составления завещания. Условия к совершению завещания: совершается полностью дееспособным гражданином; должно быть совершено лично наследодателем; в завещании должно содержаться распоряжение только одного лица. Принципы наследования по завещанию: Свобода завещания наследодатель по своему усмотрению выбирает наследников и завещает все или часть своего имущества; также он вправе лишить наследства одного или нескольких наследников без объяснения причин в любое...
29056. Наследование по закону 32.5 KB
  Наследники: первой очереди дети супруг и родители наследодателя. Внуки наследодателя наследуют по праву представления также как и потомки всех последующих очередей; второй очереди полнородные и неполнородные братья и сестры наследодателя его дедушки и бабушки; третьей очереди полнородные и неполнородные братья и сестры родителей наследодателя дяди и тети наследодателя; четвертой очереди прадедушки и прабабушки наследодателя; пятой очереди дети родных племянников и племянниц наследодателя двоюродные внуки и внучки и родные...
29057. Гражданское право как отрасль российского права: его основные источники и начала 44.5 KB
  Характеризуется самостоятельным предметом и методом В предмет гражданского права включаются: Имущественные отношения отношения возникающие по поводу приобретения использования и отчуждения имущества. Предметом таких отношений являются материальные блага: вещи деньги ценные бумаги имущественные права работы и услуги информация. Принципы гражданского права это основополагающие начала на которые опирается право и которые в силу закрепления их в законодательстве имеют обязательный характер.
29058. Гражданские правоотношения: понятие, виды гражданских правоотношений. Субъекты и объекты гражданских правоотношений. Основания их возникновения 89.5 KB
  Иначе говоря специфические черты и признаки гражданских правоотношений предопределены особенностями самого гражданского права. Содержание гражданского правоотношения Содержание гражданского правоотношения составляют субъективные права и обязанности его участников. Юридические возможности как составные части содержания субъективного гражданского права называются правомочиями. При весьма большом разнообразии содержания субъективных гражданских прав можно обнаружить что оно является результатом разновариантных комбинаций трех правомочий: 1...
29059. Правосубъектность гражданина 49.5 KB
  Гражданская дееспособность определяется как способность гражданина своими действиями приобретать и осуществлять гражданские права создавать для себя гражданские обязанности и исполнять их ст. 21 ГК РФ можно определить содержание дееспособности которое понимается как предоставленная гражданину возможность реализации своей правоспособности собственными действиями и включает способность гражданина своими действиями: приобретать гражданские права; осуществлять гражданские права; создавать и исполнять гражданские обязанности; нести...
29060. Юридические лица: понятие, виды, создание и прекращение юридических лиц 77 KB
  Понятие юридического лица в ст. Законодатель убрал уточнение по имущественной обособленности на праве собственности праве хозяйственного ведения или оперативного управления Суть от этого особо не изменилась поскольку в обоих определениях указываются одни и те же признаки юридического лица. В данном определении указываются признаки юридического лица это такие внутренние присущие ему свойства каждое из которых необходимо а все вместе достаточны для того чтобы организация могла признаваться субъектом гражданского права. Правовая...
29061. Объекты гражданских прав 169.5 KB
  К объектам гражданских прав закон относит вещи включая деньги и ценные бумаги иное имущество в том числе имущественные права; работы и услуги; результаты интеллектуальной деятельности в том числе исключительные права на них интеллектуальная собственность; нематериальные блага ст. Таким образомобъекты гражданских прав подразделяются на материальные и нематериальные идеальные. К первой группе относят: вещи; работы и услуги а также их результаты имеющие овеществленный либо иной стоимостной эффект например ремонтные работы услуги по...
29062. Понятие и виды сделок. Требования, предъявляемые к форме сделок 245.5 KB
  Но поскольку субъектами сделок являются граждане и юридические лица муниципальные образования субъекты РФ государство иностранные граждане и иностранные юридические лица лица без гражданства а субъективные гражданские права и обязанности являются содержанием гражданского правоотношения то понятие сделки можно определить следующим образом: Сделка – это осознанное волевое и юридически значимое действие субъектов гражданского права прямо направленное на возникновение изменение и прекращении гражданских правоотношний. С помощью сделки...