МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра физики
отчет
по лабораторной работе №11
по дисциплине «Физика»
Тема: ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НАГРЕТОГО ТЕЛА
Студент гр. 9502 |
|
Позняк В.Ю. |
Преподаватель |
|
Черемухина И. А. |
Санкт-Петербург
2020
Цели работы: экспериментальное исследование зависимости мощности теплового излучения от температуры; проверка закона Стефана–Больцмана
Схема экспериментальной установки представлена на рис. 11.1. В фокусе объектива О зрительной трубы пирометра расположена нить L, изогнутая в форме полуокружности. Через окуляр Oки красный светофильтр Ф наблюдатель видит среднюю часть нити на фоне поверхности тела, температуру которого требуется определить. С помощью потенциометра R осуществляется регулировка тока в нити и яркости ее свечения. После включения кнопкой К нагрева нити, ток, проходящий через нить пирометра, регулируют до тех пор, пока она не становится невидимой на фоне пластины.
Оптический пирометр прокалиброван по абсолютно черному телу. Шкала амперметра, измеряющего силу тока в нити, оцифрована в градусах по
шкале
Цельсия и определяет температуру нити
(абсолютно черного тела).
Вопросы
Вариант №19
20. Что такое фотон. Энергия, масса и импульс фотона.
Фотон – элементарная частица, квант электромагнитного излучения.
Энергия фотона: ε = hv, где h = 6,626 · 10-34 Дж·с – постоянная Планка.
Масса фотона: m = h·v/c2, является массой движущегося фотона. Фотон не имеет массы покоя (m0 = 0), так как он не может существовать в состоянии покоя. Формула массы получается из формул ε = hv и ε = m·c2.
Импульс фотона: Все фотоны движутся со скоростью с = 3·108 м/с. Тогда импульс фотона P = m·c, откуда следует, что P = h·v/c = h/λ.
31. Что такое квантовый выход?
Квантовый выход - отношение числа испускаемых квантов за единицу времени к числу поглощенных квантов светового потока.
Квантовый
выход фотокатода равен отношению числа
электронов ne,
испускаемых фотокатодом за единицу
времени, к тому числу фотонов, которые
падают на фотокатод за это время (n
>> 1):
Если энергия фотона меньше значения, соответствующего красной границе фотоэффекта 0 , то квантовый выход равен нулю (фотоэффект не наблюдается). При увеличении частоты света ( 0) квантовый выход быстро растет, достигая максимума при некоторой частоте 1 , затем уменьшается; при еще большем росте частоты может опять наблюдаться медленный рост квантового выхода. Указанный характер зависимости Y() связан с энергетическими состояниями свободных электронов и наблюдается у металлов. Для большинства металлов максимальное значение величины Y не превышает 0,1 при энергии фотона h 10…20 эВ .
Протокол измерений
Таблица 1. Зависимость мощности излучения Р от температуры тела Т
(𝑎2 = 1,44 ∗ 10−2м ∗ К, 𝛼𝑇 = 0,92)
№ |
Разм. |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
I |
А |
2 |
2,5 |
3 |
3,5 |
4 |
4,5 |
5 |
5,5 |
U |
В |
0,5 |
1,1 |
1,7 |
2,3 |
2,9 |
3,6 |
4,15 |
4,8 |
P=IU |
Вт |
1 |
2,75 |
5,1 |
8,05 |
11,6 |
16,2 |
20,75 |
26,4 |
𝜃𝑃 = 𝑈𝜃𝐼 + 𝐼𝜃𝑈 |
|
0,25 |
0,36 |
0,47 |
0,58 |
0,69 |
0,81 |
0,915 |
1,03 |
Цвет светофильтра |
|
Желтый 𝑡н < 1400℃ |
|
Красный 1400℃ < 𝑡н < 2000℃ |
|||||
𝝺 |
нм |
600 |
|
665 |
|||||
𝑡н |
℃ |
700 |
930 |
1140 |
1295 |
1450 |
1605 |
1720 |
1840 |
𝑇н = 𝑡н + 273 |
К |
973 |
1203 |
1413 |
1568 |
1723 |
1878 |
1993 |
2113 |
|
К |
976 |
1208 |
1420 |
1577 |
1735 |
1892 |
2008 |
2130 |
|
К |
10,06 |
10,08 |
10,1 |
10,12 |
10,12 |
10,13 |
10,14 |
10,15 |
𝑎 = 𝑃/𝑇4 |
*10−13 |
11,02 |
12,91 |
12,54 |
13,02 |
12,83 |
12,64 |
12,76 |
12,83 |
|
*10−13 |
3,2 |
2,12 |
1,51 |
1,27 |
1,06 |
0,9 |
0,81 |
0,73 |
№ |
Разм. |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
𝜃𝑖 |
|
I |
А |
5,5 |
5 |
4,5 |
4 |
3,5 |
3 |
2,5 |
2 |
𝜃𝐼 = 0,1 |
|
U |
В |
4,8 |
4,2 |
3,5 |
2,95 |
2,4 |
1,8 |
1,05 |
05 |
𝜃𝑈 = 0,1 |
|
P=IU |
Вт |
26,4 |
21 |
15,75 |
11,8 |
8,4 |
5,4 |
2,625 |
1 |
|
|
𝜃𝑃 = 𝑈𝜃𝐼 + 𝐼𝜃𝑈 |
|
1,03 |
0,92 |
0,8 |
0,695 |
0,59 |
0,48 |
0,355 |
0,25 |
|
|
Цвет светофильтра |
Красный 1400℃ < 𝑡н < 2000℃ |
Желтый 𝑡н < 1400℃ |
|
||||||||
𝝺 |
нм |
665 |
600 |
|
|||||||
𝑡н |
℃ |
1835 |
1720 |
1600 |
1450 |
1305 |
1160 |
925 |
700 |
𝜃𝑡н =10 |
|
𝑇н = 𝑡н + 273 |
К |
2108 |
1993 |
1873 |
1723 |
1578 |
1433 |
1198 |
973 |
𝜃𝑇н =10 |
|
|
К |
2125 |
2008 |
1887 |
1735 |
1587 |
1440 |
1203 |
976 |
|
|
|
К |
10,15 |
10,14 |
10,13 |
10,12 |
10,11 |
10,1 |
10,08 |
10,06 |
|
|
𝑎 = 𝑃/𝑇4 |
∗ 10−13 |
12,95 |
12,92 |
12,42 |
13,02 |
13,24 |
12,56 |
12,53 |
11,02 |
|
|
|
∗ 10−13 |
0,75 |
0,83 |
0,9 |
1,07 |
1,27 |
1,47 |
2,11 |
3,2 |
|
|
Таблица 2.
|
∆𝜎̅ = ∆𝑎̅/𝛼𝑇𝑆 |
𝜎 = 𝜎̅ ± ∆𝜎̅ |
|
0,652*10−8 |
𝜎 = (5,5 ± 1,0) ∗ 10−8 |
18% |
Выполнила: Позняк В. Ю. ___________
Проверила: Черемухина И. А. ___________