50229

Експериментально визначити випромінювальну здатність вольфраму

Лабораторная работа

Физика

Прилади і матеріали Оптичний пірометр із зникаючою ниткою електрична лампочка розжарення регулятор напруги ватметр блок живлення пірометра акумуляторна батарея Теоретичні відомості та опис установки Абсолютно чорні тіла є ідеалізацією реальних тіл. Дійсна температура пов’язана з яскравісною температурою Тя співвідношенням: 3 де ; =045– для вольфраму в області температур 1000–1500 0С ln045=08;...

Украинкский

2014-01-18

158 KB

1 чел.

. Лабораторна робота №41

Вивчення випромінювальної здатності вольфраму

Мета роботи

Експериментально визначити випромінювальну здатність вольфраму

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)

Теоретичні відомості та опис установки

Абсолютно чорні тіла є ідеалізацією реальних тіл. Теплове випромінювання реальних тіл визначається хімічною будовою тіла і станом його поверхні.

Використання властивостей теплового випромінювання тіл покладено в основу безконтактних методів вимірювання їх температури. Один з них – метод яскравісної пірометрії. Яскравісною температурою тіла Тя у випромінюванні з довжиною хвилі  називається така температура абсолютно чорного тіла, при якій яскравість обох тіл у світлі однієї і тієї ж довжини хвилі рівні між собою. Дійсна температура  пов’язана з яскравісною температурою Тя співвідношенням:

,                                                                  (3)

де ; =0,45– для вольфраму в області температур 1000–1500 0С, (ln0,45=-0,8);  – середня довжина хвилі спектральної ділянки, яку пропускає світлофільтр пірометра.

Оскільки закон Стефана - Больцмана неможливо застосовувати для реального тіла, то інтегральну випромінюючу здатність  такого тіла  можна визначити із формули:

              ,                (2)

де С, n – величини, які залежать від температури тіла; – дійсна температура тіла.

Якщо реальним тілом є вольфрамова нитка лампи розжарення, то при високій температурі потужність Р, яка підводиться до нитки, майже повністю витрачається на випромінювання. Тоді . Логарифмуючи вираз (2) отримаємо:

                        lnP = lnС + n lnTд.        (3)

Побудувавши залежність lnP від lnTд, можна знайти n як тангенс кута нахилу прямої Tд до осі абсцис і сталу . Підставивши значення ,  і в (2) отримаємо значення інтегральної випромінюючої здатності RT  вольфраму.

В коло розжарювання вольфрамової нитки електричної лампочки 6 включені автотрансформатор 7 і ватметр W. В коло розжарювання еталонної лампочки 1 включені реостат , міліамперметра  і акумуляторна батарея Б. Реостатом  можна регулювати струм розжарювання еталонної лампочки 1 пірометра.

Рис. 1

Шкала пірометра проградуйована в градусах Цельсія по випромінюванню абсолютно чорного тіла. Шкала має дві межі вимірювання: 800...1400 С і 1200...2000 С. Еталонна лампа 1, реостат , міліамперметр  вмонтовані всередині корпуса пірометра. Регулювання реостата здійснюється за допомогою гофрованого кільця, яке знаходиться ззовні на пірометрі.

Оптична схема пірометра складається з об’єктива 3, окуляра 5, червоного світлофільтра 2 і дозволяє розглядати в монохроматичному світлі =6,510-7м зображання розжареної вольфрамової спіралі лампи 1.

Димчатий фільтр  використовують при вимірюванні температур в діапазоні 1400...2000С.

Послідовність виконання роботи.

  1.  Увімкнути лабораторну установку в мережу 220В. За допомогою регулятора напруги автотрансформатора встановити розжарення нитки лампочки 6, що відповідає червоному світлу.
  2.  Увімкнути акумуляторну батарею Б і, переміщуючи окуляр пірометра, добитися різкого зображення нитки розжарення лампочки 6.
  3.  Встановити на пірометрі червоний світлофільтр 2.
  4.  Обертаючи гофроване кільце реостата пірометра, встановити температуру 900С нитки розжарення еталонної лампочки пірометра. Підрахунок здійснювати за верхньою шкалою пірометра. (При наступних вимірюваннях встановлювати температуру 1000, 1100, 1200, 1300С).
  5.  Обертаючи ручку автотрансформатора, досягти вирівнювання яскравостей обох спіралей.
  6.  В момент рівності яскравостей спіралей обох лампочок визначити за ватметром значення потужності, яка споживається досліджуваною лампочкою розжарення.
  7.  За шкалою пірометра зробити відлік яскравісної температури (). Використовуючи формулу (2), обчислити дійсні температури  вольфрамової нитки електричної лампочки, використовуючи відповідні значення .
  8.  Побудувати залежність  від  згідно з формулою (3).
  9.  Визначити п як тангенс кута нахилу прямої до осі абсцис а також . За визначеним з графіка значенням  знайти С.
  10.  Обчислити величину  вольфрамової нитки електричної лампочки для всіх значень .
  11.  Одержані дані записати в таблицю 1.

Таблиця 1

№ п/п

Тя ,

0С

Тд ,

К

ln Тд

P ,

Вт

ln P

1

900

2

1000

3

1100

4

1200

5

1300

  1.  Проаналізувати отримані результати та зробити висновки.

Контрольні запитання

  1.  Яке випромінювання називається тепловим? Яка його відмінність від інших видів випромінювання?
  2.  Сформулюйте основні характеристики теплового випромінювання.
  3.  Дайте означення, що називається абсолютно чорним тілом?
  4.  Сформулюйте закон Кірхгофа для теплового випромінювання.
  5.  Запишіть та поясніть закон Стефана – Больцмана для теплового випромінювання.
  6.  В чому суть квантової гіпотези Планка?
  7.  Поясніть оптичний метод вимірювання температури тіл, який використовується в даній лабораторній роботі.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

57843. Означення квадратного рівняння. Неповні квадратні рівняння 174.5 KB
  Сприяти знайомству учнів з поняттям квадратного рівняння та його елементів неповних квадратних рівнянь та організувати діяльність з розробки алгоритму їх розв’язування. Добрий день Я дуже рада вітати вас на тренінгу Неповні...
57844. Тригонометричні функції 493.5 KB
  Мета уроку: узагальнити і систематизувати знання учнів про тригонометричні функції; Розвивати вміння використовувати властивості тригонометричних функцій для розвязання вправ творчу активність розширювати кругозір учнів...
57845. Трикутник 4.09 MB
  Мета уроку: Навчальні: узагальнити та систематизувати знання про трикутник, його властивості, організувати діяльність учнів по застосуванню знань, при розв’язанні задач на застосування елементів трикутника; ознак рівності трикутників.
57846. Рівнобедрений трикутник. Властивість рівнобедреного трикутника 567.5 KB
  По закінченні прошу вас відповісти на запитання. Осмислення нових знань умінь Виконаємо декілька задач на розуміння означення рівнобедреного трикутника...
57847. Таємниці трикутника 475 KB
  Задачі проекту: розширити знання учнів з геометрії про трикутник та його властивості; ознаки подібності трикутників, Формулювати висновки на підставі проведених досліджень і роботи з інформацією...
57848. Урок. Трикутники 146.5 KB
  Мета уроку: Систематизувати та узагальнити знання учнів про зміст основних понять теми; систематизувати та узагальнити знання, вміння й навички учнів для розв’язування задач.
57849. Трикутник. Види трикутників. Периметр трикутника 62.5 KB
  Мета дидактична: подальше закріплення знань учнями класифікації трикутників; складання алгоритму побудови трикутників за двома сторонами і кутом між ними та за стороною і прилеглими кутами...
57850. Трикутники. Урок - захист проектів 361 KB
  Узагальнити початкові знання про трикутники: означення трикутника означення прямокутного трикутника сума кутів трикутника сума гострих кутів прямокутного трикутника види трикутників за його кутами визначні точки трикутника. Існує навіть окрема частина геометрії: геометрія трикутника. Слово надається Стегнію Валентину автору проекту Жорсткість трикутника Валентин. До вашої уваги презентація дослідницькоінформаційного проекту Жорсткість трикутника.
57851. Iнтегрований урок з читання, математики, Я i Украiни з використанням комп’ютерних технологiй. Тварини Лiсу 64.5 KB
  Мета: Вдосконалення техніки читання, вмiння складати схеми, речення, працювати з геометричним матеріалом, повторити калiграфiчне написання цифри 4, повторити таблицю додавання i вiднiмання числа 4, складання і розв’язування задачі.