Предисловие

Настоящее руководство предназначено для использования студентами ОТИ МИФИ на лабораторных занятиях по курсу общей физики.

При подготовке руководства использованы материалы физического практикума МФТИ (Руководство к лабораторным занятиям под ред. Л.Л. Гольдина М., Наука, 1973), а также «Физического практикума» МГУ под ред. В.И. Ивероновой М., Физматгиз, 1962. Основой для составления руководства послужили ныне используемые в ОТИ МИФИ описания лабораторных работ по физике «Атомная и ядерная физика» Лисицына С.Г., Оконникова Е.Г. и Синяпкиной Г.И. 1984.

За прошедшие почти 20 лет состав практикума несколько изменился, и в соответствии с его содержанием мы назвали это руководство «Квантовой физикой», т.к. изучаемые явления объединяет их квантовая природа. Весьма небольшой объем работ по ядерной физике обусловлен тем, что многие вопросы, связанные с прохождением ядерных излучений через вещество, изучаются в спецкурсах на профилирующих кафедрах. Сведения из теории в данном руководстве излагаются, как правило, конспективно, чтобы не дублировать содержание учебников. Исключение сделано лишь для некоторых вопросов, относящихся к математической статистике.

Так как литература, необходимая при подготовке к занятиям, для большинства работ одна и та же, то список литературы общий для всех работ приведен в конце данного сборника. Этот список не является исчерпывающим и отражает лишь названия тех учебников, которые в заметном количестве имеются в библиотеке ОТИ МИФИ.

Авторы благодарны рецензенту сборника доценту кафедры общей физики МИФИ В.И. Гервидсу за множество ценных советов и замечаний, способствовавших заметному улучшению сборника.

Авторы.

Работа № 1. Исследование спектра излучения абсолютно черного тела

Цель работы: получить спектральную кривую излучения абсолютно черного тела, определить его температуру и проверить закон смещения Вина.

Приборы и принадлежности: источник излучения АЧТ (лампа накаливания), блок питания лампы, фокусирующая линза, монохроматор УМ-2, приемник излучения¹, регистрирующий прибор

Введение

Абсолютно черным телом (сокращенно АЧТ) называется тело, полностью поглощающее из­лучение любой частоты и при любых температурах.

Поглощательная способность тела a, т.е. отношение поглощенного потока излучения d_погл к пада­ющему d_пад, для АЧТ равна единице для всех частот (длин волн):

.

Излучение АЧТ зависит только от температуры тела и не зависит от свойств материала, из которого оно состоит. При данной температуре тело испускает излучение всех частот, от нулевой до бесконечной. При этом количество излучаемой энергии, приходящейся на ту или иную частоту зависит от этой частоты.

Назовем испускательной способностью тела - физическую величину, численно равную отношению мощности излучения с частотами от  до +d, испускаемого с единицы поверхности тела dE(), к величине интервала частот d: r(,T)=dE()/d.

Испускательная способность АЧТ r (,T)=dE_/d описывается извест­ной формулой Планка:

,

где  - частота излучения, Т - температура, с - скорость света, k - постоянная Больцма­на, - постоянная Планка. Максимум испускательной способности АЧТ при данной температуре приходится на частоту _m, которая зависит от температуры по закону смещения Вина _m = 2,822kT, где k – постоянная Больцмана. Выраженная через длину волны формула Планка имеет вид¹

г

де с₁=16²с , с₂=2 с/k.

График зависимости r(,T) от  приведен на рис.1. Максимум испускательной способности АЧТ при данной температуре приходится на длину волны _m (или на частоту _m), которая зависит от температуры по закону смещения Вина _m=b/T, где b= 2,910^-3 мК постоянная Вина. Отметим, что произведение _m и _m не равно 2с:

_m_m /2с = 0,568.

В природе абсолютно черных тел нет, есть тела, поглощательная способность которых близка к единице - сажа, платиновая чернь. В данной работе в качестве АЧТ берется нить накаливания галогенной лампы.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И ХОД ЭКСПЕРИМЕНТА

Установка схематически изображена на рис. 2. Цифрами на схеме обозначены:

1. источник излучения АЧТ (лампа накаливания)

2. б

   

   лок питания лампы

3. фокусирующая линза

4. монохроматор УМ-2

5. отсчетный барабан монохроматора УМ-2

6. приемник излучения

7. регистрирующий прибор

Излучение от лампы накаливания 1 падает на входную щель монохроматора УМ-2 и разлагается им в спектр. Вращением отсчетного барабана 5 спектр от лампы накаливания сканируется и регистрируется приемником излучения 6, напряжение с которого подается на вольтметр 7.