LAB_302

Отношение испускательной способности тела r ,Т к его поглощательной способности ,T не зависит от природы тела и является для всех тел универсальной функцией длины волны и температуры, равной испускательной способности АЧТ.

Отсюда следует, что тело, которое сильнее поглощает какие-либо лучи, будет сильнее эти лучи и испускать.

Абсолютно черных тел в природе не существует. Его функции может выполнять малое отверстие в почти замкнутой полости (рис. 1). Излучение, прошедшее внутрь этого отверстия, претерпевает многократные отражения и практически полностью поглощается. Поглощательная способность такого

Стефана-Больцмана: Энергетическая светимость (энергия, излучаемая единицей площади в единицу времени) АЧТ пропорциональна четвертой степени термодинамической температуры. Согласно (3)

где =5.67 10-8 Вт/(м2К4) – постоянная Стефана-Больцмана.

Закон смещения Вина позволяет определить длину волны, соответствующую максимуму испускательной способности при данной температуре (cм. рис. 2 λm1, λm2).

Для получения закона смещения Вина необходимо исследовать (7) на максимум. Взяв производную d r0,T /d и приравнивая ее к нулю, получим

Длина волны, соответствующая максимальному значению испускательной способности АЧТ обратно пропорциональна термодинамической температуре.

При комнатной температуре (Т=300 К), максимум интенсивности теплового излучения приходится на инфракрасный диапазон длин волн ( = 10 мкм), который недоступен зрительному восприятию глаза. При температурах выше двух тысяч градусов тела начинают излучать в видимом диапазоне длин волн ( = 0.4 0.8мкм).

3.Краткое описание экспериментальной установки

Экспериментальная установка представлена на рис. 3. Установка состоит из объекта исследования (печи), устройства измерительного и термостолбика, выполненных в виде конструктивно законченных изделий, устанавливаемых на лабораторном столе и соединяемых между собой кабелями.

Объект исследования (печь) – представляет собой модель абсолютно черного тела и выполнен как закрытая термоизолированная печь с отверстием на передней стенке. В состав объекта исследования входят: устройство нагревательное, встроенное в теплозащитный корпус, термопара для измерения температуры печи контактным способом, регулируемый источник питания и вентилятор для охлаждения печи.

Устройство измерительное – включает аналогово-цифровые преобразователи с индикацией и нормирующими усилителями для измерения и индикации температуры печи и термо-эдс термостолбика.

Термостолбик - представляет собой датчик потока излучения (мощности излучения). В качестве термочувствительного элемента применяется батарея хромель-копелевых термопар.

5 1

2 3

Рис.3 Установка для изучения законов излучения абсолютно черного тела:

1 –объект исследования (печь); 2- устройство измерительное; 3- термостолбик; 4 – отверстие для выхода излучения печи; 5- ручка регулировки скорости нагрева; 6 – выключатель «Сеть»; 7 – выключатель вентилятора; 8 – индикатор температуры печи; 9 – индикатор термо-эдс.

Принцип действия установки основан на лабораторном исследовании модели абсолютно черного тела (печи) методом определения температуры

Термопара состоит из двух металлов, сваренных на одном конце. Спаянная часть термопары помещается в месте замера температуры. Два свободных конца подключаются к измерительной схеме (милливольтметру). Принцип действия термопары основан на том, что нагревание или охлаждение контактов между проводниками, отличающимися химическими свойствами, сопровождается возникновением термоэлектродвижущей силы (термо ЭДС). Величина термо ЭДС зависит от разности температур спаянного и свободных концов. С помощью первой термопары контактным способом измеряется разность температур печи и лабораторной комнаты. Принцип действия второй термопары (термостолбика) основан на нагреве спая за счет поглощения потока лучистой энергии, выходящей из отверстия печи. С помощью удаленной от отверстия печи батареи хромель-копелевых термопар

где P – мощность, излучаемая печью, Р0 - мощность излучения окружающей среды. Выразив мощность через энергетическую светимость и площадь из

(1) и энергетическую светимость через температуру (9), получим

где Т- температура печи, Т0 – температура окружающей среды. При температуре печи выше 800 К вторым слагаемым в (12) можно пренебречь, тогда

где α- коэффициент пропорциональности, определяемый экспериментально.

Логарифмируя левую и правую части выражения (17)

4. Методика проведения эксперимента

4.1Включить установку. (Выполняется лаборантом);

4.2Установить ручку регулировки скорости нагрева (см. рис 3 указатель 5) в положение 6;

4.3После нагрева печи до температуры 500 0C (см. рис 3 указатель 8) занести показания индикатора термо ЭДС (см. рис 3 указатель 9) в таблицу 1 и перевести ручку регулировки скорости нагрева (см. рис 3 указатель 5) в положение 7;

4.4Измерения термо ЭДС произвести для всего диапазона температур, указанных в таблице 1, через каждые 100 0C увеличивая скорость нагрева на единицу. Данные занести в таблицу 1;

Внимание!!! По окончании эксперимента установить ручку регулировки скорости нагрева (см. рис 3 указатель 5) в положение 0 и включить вентилятор (см. рис 3 указатель 7)

5. Обработка результатов эксперимента

5.1 По данным таблицы 1, рассчитать значения ln ε и занести их в таблицу 1;