Лабы за 3-ий сем / Лаба №3

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Лабораторная работа № 3.2

Тема:

«Экспериментальное изучение законов

теплового излучения»

Выполнил:	Проверил:

Минск, 20

1. Цель работы.

а) Изучить основные законы теплового излучения нагретых тел.

б) Построить кривые излучения нагретой нихромовой спирали, проверить законы Вина и Стефана-Больцмана.

2. Теоретическое введение.

Нихромовый излучатель можно считать серым телом, его спектральный коэффициент излучения слабо зависит от длины волны. Поэтому форма кривой практически соответствует форме кривой, описываемой функцией Планка при той же температуре. Построив кривые для различных температур, возможно осуществить проверку выполнения законов Вина и Стефана-Больцмана следующим образом.

Из экспериментально полученных кривых определяют длины волн , для которых величина максимальна. Используя закон Вина, рассчитывают температуру излучателя по формуле:

, (1)

где =2,898·10^-3 м·К - постоянная Вина, и сравнивают полученное с заданными в задании . Для проверки закона Стефана-Больцмана:

,

где =5,670·10^-8 Вт/(Н²·К⁴) - постоянная Больцмана, необходимо определить площади , ограниченные кривыми и осью абсцисс, и проверить справедливость соотношений:

. (2)

С другой стороны, можно экспериментально измерить величину напряжения , пропорциональную :

, (3)

для трех температур (в этом случае вместо узкополосного фильтра установлен нейтральный ослабитель, 8-е окно), и проверить справедливость соотношений

. (4)

3. Описание установки. Лабораторные принадлежности.

Она состоит из источника теплового излучения (1) (нихромовой спирали в форме цилиндра диаметром 2,5 мм и высотой 3 мм); механического модулятора светового потока, состоящего из обтюратора (2) и электродвигателя (3); набора оптических инфракрасных узкополосных фильтров (4); сферического зеркала (5); пироэлектрического приемника излучения (6); электронного блока обработки сигнала фотоприемника (7) с цифровым вольтметром и блока питания (8). Конструктивно установка выполнена в виде прибора, состоящего из оптико-механического блока, расположенного в левой части под прозрачной крышкой, и электронного блока в правой части.

Рисунок 1: Лабораторная установка.

4. Ход работы. Результаты измерений.

, мкм	2,08	2,50	3,20	3,90	4,54	6,20	8,50	, В
, В	0,36	0,75	0,59	0,80	0,73	0,22	0,14	1,02
	0,42	0,95	0,72	0,85	0,74	0,33	0,10	1,55
	0,37	0,62	1,58	0,41	0,30	0,19	0,17	1,24
среднее	0,383	0,773	0,963	0,687	0,623	0,247	0,137	1,27
, В	0,03	0,11	0,22	0,29	0,26	0,14	0,04	0,75
	0,03	0,11	0,22	0,28	0,25	0,13	0,04	0,74
	0,02	0,10	0,21	0,26	0,24	0,13	0,04	0,71
среднее	0,027	0,107	0,217	0,277	0,25	0,133	0,04	0,733
, В	-0,02	-0,00	0,04	0,06	0,16	0,04	0,04	0,17
	-0,02	-0,00	0,03	0,06	0,08	0,05	0,01	0,24
	-0,02	-0,00	0,03	0,05	0,08	0,05	0,01	0,25
среднее	-0,02	-0,00	0,033	0,057	0,107	0,047	0,02	0,22

Таблица 1: Результаты измерений и вычислений.

К;

К;

К;

1. Задание 1.

По полученным данным построим графики зависимостей экспериментальные и теоретические в трех системах координат:

Рисунок 2: Графики зависимостей .

2. Задание 2. Проверка справедливости закона Вина.

Из графика следует, что для всех трех температур следующие:

мкм;

мкм;

мкм;

По формуле (1) находим экспериментальные температуры:

К;

К;

К;

Тогда отклонения экспериментально полученных температур от заданных в процентах составляет соответственно:

;

;

.

3. Задание 3. Проверка справедливости закона Стефана-Больцмана.

Из графика 1 измерим площади, ограниченные осью абсцисс и кривыми . Получаем весьма приблизительные значения:

м*К;

м*К;

м*К;

По формуле (2) проверим выполнение соотношений:

м/К³;

м/К³;

м/К³;

Среднее этих трех значений равно 3,483*10^-12 м/К³. Тогда отклонения соотношений от среднего соответственно равны:

;

;

;

что очень велико, однако в приведенных лабораторных условиях можно считать небольшой погрешностью, так как размерность этой величины 10^-12.

Используя экспериментально полученные данные проверим справедливость соотношений (4):

В/К⁴;

В/К⁴;

В/К⁴.

5. Вывод.

По результатам работы можно с уверенностью заключить, что и закон Вина и закон Стефана-Больцмана в полной мере выполняются даже в предоставленных лабораторных условиях. И хоть при расчетах отклонений теоретических значений от экспериментальных получены в некоторых случаях довольно большие погрешности, беря в расчет порядок получаемых величин (10^-12), можно сказать, что исследования проведены успешно и относительно точно.