Качественная проверка закона излучения Кирхгофа.

По закону излучения Кирхгофа (2)

,

А так как для любых тел , то

(12)

Последнее неравенство справедливо не только для дифференциальных величин, но и для интегральных, т.е. можно установить соотношение:

(13)

где – интегральная светимость лампочки при данной температуре.

В равновесном состоянии вся электрическая мощность , подводимая к волоску лампы, излучается, поэтому

(14)

где S – светящаяся поверхность волоска лампы; I, U – сила тока в лампе и напряжение на ее зажимах при температуре T накала ее нити.

Подставляя в неравенство (13) значения из (14) и из (4), получим:

; (15)

где – постоянная для абсолютно черного тела с площадью, равной площади волоска лампы.

Величина S указана на приборе, берут из таблицы. Выполнение неравенства (15) для исследуемой лампы при разных температурах ее нити качественно подтверждает закон излучения Кирхгофа.

Качественная проверка закона смещения Вина.

По закону смещения Вина максимум лучеиспускательной способности тела с повышением температуры перемещается в сторону более коротких волн. Поэтому отношение лучеиспускательной способности волоска лампы в синей и красной частях спектра будет возрастать с повышением температуры, т.е.

(16)

где и – лучеиспускательная способность соответственно в синей и красной частях спектра излучения волоска лампы при температуре T, – функция, возрастающая с повышением температуры.

Световой поток лампы N (рис.4) падает на фотоэлемент Ф через синий или красный светофильтры СФ. В цепи фотоэлемента возникают соответствующие фототоки, величина которых пропорциональна лучеиспускательной способности падающего на него света (чувствительность данного фотоэлемента к синему и красному свету примерно одинакова), поэтому отношение этих фототоков будет такой же возрастающей функцией температуры, как и для лучеиспускательных способностей

(17)

где и – фототоки, возбуждаемые в цепи фотоэлемента соответственно синим и красным светом при температуре T волоска лампы.

Если построить график функции , то получится кривая, ординаты которой возрастают с повышением температуры.

Измерения и обработка результатов.

Упражнение №1.

Определение постоянной в законе Стефана-Больцмана и качественная проверка закона излучения Кирхгофа.

1. Собирают электрическую цепь, представленную на рис.2.

2. Подготавливают оптический пирометр к проведению измерений.

3. Плавно регулируя напряжение, подаваемое на пластинку, добиваются различной степени нагретости (рекомендуемые токи приведены в таблице №1).

4. Измеряют температуру при каждом накале с помощью пирометра. Для этого изменяют яркость нити эталонной лампы пирометра поворотом кольца реостата до того момента, пока средний участок (вершины дуги) нити лампы не исчезнет на фоне раскаленной пластинки. В этот момент делают отсчет яркостной температуры t_v по шкале пирометра.

5. Находят по графику ∆t и вычисляют по формуле (11) T_Д ᵒK.

6. Устанавливают по амперметру значения силы тока записывают соответствующие им показания вольтметра и измеряют, соответственно, температуру . Все данные записываются в таблицу 1.

7. Подставляя в формулу (11) измеренную температуру ) T_Д ᵒK, комнатную температуру T₀, площадь пластины S, величину силы тока I, напряжения U вычисляют постоянную Стефана-Больцмана . Находят среднее значение и сравнивают его с табличным значением.

8. Подтвердить закон Кирхгофа – неравенство (15), подставляя в него значения из таблицы 1.

Таблица №1.

№	I(A)	U(B)		∆t	T ᵒK
1	9
2	10
3	11
4	12

Упражнение №2.

Качественная проверка закона смещения Вина.

1. Собирают цепь, изображенную на рис.4.

2. Подготавливают оптический пирометр к работе.

3. Освещают фотоэлемент поочередно через красный и синий светофильтры СФ, при одной и той температуре пластинки и записывают фототоки , по микроамперметру ( ) для каждого светофильтра. Измерения провести для всех значений температур, указанных в таблице №1.

4. Вычислить по формуле (17) и построить график функции от T, откладывая по оси абсцисс температуру, а по оси ординат вычисленные значения . График должен быть возрастающей функцией.

5. Все вычисления свести в таблицу №2.

Таблица №2.

№	I(A)	T ᵒK
1
2
3
4
5