6 Порядок виконання роботи

6.1.Включити лазер. Спрямувати промінь на дифракційну решітку, одержати дифракційний спектр монохроматичного випромінювання.

6.2.Спрямувати на дифракційну решітку промінь білого світла. Порівняти з отриманим у попередньому досліді. Відмінності записати у висновку1.

6.3.Спрямувати на призму промінь лазера , а потім промінь білого світла. Відмінності, що спостерігаєте, записати у висновку2.

6.4. Увисновку3 записати відмінності дифракційного та дисперсійного спектрів.

7 ЗВІТ ПОВИНЕН МІСТИТИ

7.1 Номер і тему лабораторної роботи.

7.2 Мету лабораторної роботи.

7.3 Результати вимірів і розрахунків.

7.4 Висновок.

8 ПИТАННЯ ДЛЯ САМОПЕРЕВІРКИ

8.1 Сформулювати постулати Бора (та вивчити).

8.2 Основні компоненти лазеру та їх призначення.

8.3 Які стани називаються станами з інверсною заселеністю? Як здійснюються такі стани в ОКГ.

8.4 Які властивості лазерного випромінювання ви знаєте, який ККД лазерів?

8.5 Де застосовуються лазери?

8.6 Дати поняття та означення явищ: інтерференція, дифракція, дисперсія.

9 Домашнє завдання

9.1 Поглинання. Спонтанне та вимушене випромінювання (Л.1.,с434)

9.2Оптичні квантові генератори (Л1.,с436)

10 ЛІТЕРАТУРА

Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. пособие для вузов.1990.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №10

Вивчення закону стефана - больцмана і визначення температури тіла за допомогою оптичного пірометру

1 МЕТА РОБОТИ

Вивчити основні закономірності теплового випромінювання і визначити температуру тіл за допомогою оптичного пірометру.

2 ЗАВДАННЯ

2.1 Ознайомитись з принципом вимірювання температури за допомогою оптичного пірометру

2.2 Виміряти температуру досліджуваного тіла за допомогою оптичного пірометру

2.3 Визначити коефіцієнт чорноти даного тіла.

2.4 Змінити яскравість тіла за допомогою реостату, повторити дослід.

3. ОБЛАДНАННЯ

1. джерело випромінювання - лампа накалювання

2. джерело постійного струму (на 4В)

3. амперметр, вольтметр

4. оптичний пірометр.

4. ВКАЗІВКИ НА ТЕОРЕТИЧНИЙ МАТЕРІАЛ

Квантова природа випромінювання [Л1.П 197-201]

5. ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ

Для вимірювання високих температур широко застосовуються оптичні методи, що засновано на застосуванні законів теплового випромінювання нагрітих тіл. Прилади, що служать для визначення температури на основі виміру теплового випромінювання, носять назву оптичних пірометрів, а галузь експериментальної фізики, що розробляє принципи вимірювання температури оптичними методами, - оптична пірометрія.

Всі нагріті до високих температур тіла – світяться. Тверді та рідкі тіла дають суцільний ( неперервний) спектр випромінювання, т.б. в спектрі випромінювання присутні хвилі всіх довжин від 0 до . Але доля енергії, що припадає на різні ділянки спектра, залежить від температури випромінюючого тіла. При температурі 600-700 с найбільша енергія випромінювання припадає на інфрачервоні і червоні ділянки спектру. При подальшому нагріванні доля енергії, що припадає на видимі промені, збільшується, зростає і свічення. Воно стає білим. Таким чином, у спектрі випромінювання спостерігається нерівномірний розподіл енергії за довжинами хвиль.

Для кількісної оцінки властивості нагрітого тіла випромінювати світло визначної довжини хвилі при визначеній температурі вводиться поняття випромінювальної властивості .

Випромінювальною властивістю тіла називається кількість енергії даної довжини хвилі , що випромінюється за одиницю часу з одиниці площі. Повна, або інтегральна, випромінювальна властивість тіла при даній температурі визначається співвідношенням

Величина характеризує поглинаючу властивість тіла і називається коефіцієнтом монохроматичного поглинання або спектральною поглинаючою властивістю. Для всіх реальних тіл величина і у більшості випадків залежить від довжини хвилі і абсолютної температури . Але можна уявити собі таке тіло, що буде поглинати усі падаючі на нього промені – абсолютно чорне тіло. ( ).

Основуючись на гіпотезі про квантову природу випромінювання, Планк методами статистичної фізики знайшов аналітичний вираз функції розподілу випромінювання за довжинами хвиль у спектрі абсолютно чорного тіла при кожній заданій температурі. Ця функція , що отримала назву функції Планка, має вигляд

,

де - стала Планка; - стала Больцмана; - швидкість у вакуумі.

Інтегруючи функцію Планка по усьому інтервалу довжин хвиль, отримаємо закон Стефана – Больцмана

, де - стала Стефана-Больцмана.

Таким чином, закон Стефана-Больцмана стверджує, що повна енергія, що випромінюється чорним тілом з поверхні в , пропорційна четвертій степені абсолютної температури .

Для сірих тіл характер розподілу є подібним спектру абсолютно чорного тіла. Повне випромінювання сірих тіл можна виразити формулою

,

де - коефіцієнт чорноти даного тіла, що дорівнює відношенню випромінювальної властивості даного тіла до випромінювальної властивості абсолютно чорного тіла при тій же температурі ( залежить від природи тіла, стану його поверхні і від температури).

Метою даної роботи є визначення коефіцієнту чорноти для вольфрамової нитки накалювання лампи. Температура вольфрамової нитки визначається оптичним пірометром.

Оскільки наколена вольфрамова нитка у першому наближенні є сірим тілом, то енергія, що випромінюється цією ниткою в одиницю часу, визначається співвідношенням

,

де площа вольфрамової нитки; кімнатна температура.

З іншого боку, потужність, що іде на нагрівання вольфрамової нитки струмом при напрузі , визначається виразом . Виходячи із закону збереження енергії,

,

або