Порядок измерений и обработки результатов
1. Ознакомьтесь по описанию с лабораторной установкой и имитационной моделью. Прочтите экранные рекомендации (нажмите “Ц”) научитесь вводить-выводить светофильтры “Ф”, регулировать напряжения на лампах (“Л”, “Э”) и снимать показания измерительных приборов. Запишите в табл. 1 номер вашей установки (появляется в правом верхнем углу экрана при нажатии “Ц”) и рекомендуемые значения напряжения (5 значений). Имейте в виду, что при повторной активации программы установка меняется, а с ней и рекомендуемые значения напряжений и, следовательно, температуры для измерения.
2. Вводом красного светофильтра подготовьте установку к измерениям. Если светофильтр не будет введён, вы получите рекомендацию его ввести, и только после его ввода установка будет доступна для измерений.
3. Потенциометром P1 установите первое рекомендуемое значение напряжения на лампе Л. Снимите показания амперметра А и запишите значение силы тока I в табл. 1.
4. Активировав клавишу “Э”, а затем, нажимая клавиатурные стрелки “”, ””, т.е. вращая по часовой стрелке кольцо 6 на корпусе пирометра установки, уравняйте яркости нитей ламп “Л” и “Э” с помощью потенциометра P2.
4. Ознакомьтесь с верхней и нижней шкалами пирометра и научитесь снимать их показания. Убедитесь в том, что нейтральный светофильтр НФ выведен, т.е., что вы работаете в области низких температур с верхней шкалой. Зафиксируйте найденную температуру и занесите её значение (в С) в табл. 1.
Таблица 1
|
Номер опыта |
U, В |
I, А |
P, Вт |
lnP |
t, C |
Tя, К |
T, К |
lnT |
|
1 |
|
|
|
|
t1 = t2 = t3 =
|
|
|
|
|
2
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
…
|
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
|
N |
|
|
|
|
|
|
|
|
=
5. Не глядя на нити ламп, сбейте настройку пирометра нажатием клавиш “”, ””, а затем снова уравняйте яркости ламп и повторно измерьте температуру нити “Л” по верхней шкале пирометра.
6. Повторите действия по п. 5 ещё раз так, чтобы общее число измерений температуры при данном значении напряжения на лампе “Л” было равно трём.
7. Рассчитайте и занесите в табл. 1 среднее из трёх значений температуры Т. Переведите полученное среднее значение из градусов Цельсия в кельвины и занесите в таблицу его как значение яркостной температуры Tя.
8. Последовательно увеличивая напряжение U на лампе Л согласно рекомендациям, выполните действия по пп. 4-7 еще четыре раза (общее число значений напряжения на Л должно быть 5). В ходе увеличения напряжения на “Л” (её яркости) вам потребуется ввести нейтральный светофильтр НФ, о чём программой будет дано соответствующее указание. Все значения напряжений, токов и температур должны быть занесены в таблицу. Обратите внимание, что после введения НФ для измерения яркостной температуры вы должны пользоваться нижней шкалой пирометра.
9. Для каждого из проделанных опытов рассчитайте по формуле (10) мощность P и величину lnP; занесите найденные значения в табл. 1.
10. Используя справочные данные о коэффициенте поглощения T вольфрама (см. рис. 5), оцените его среднее значение в исследованном температурном диапазоне при длине волны = 660 нм. Выразив величину в метрах, по формуле (7) вычислите константу С (в K-1) и занесите в отчёт по работе.
11. Для каждого из опытов рассчитайте по формуле (6) истинную температуру Т нити накала лампы Л, а также величину lnT. Заполните соответствующие столбцы таблицы.
12. Нанесите экспериментальные точки на график зависимости lnТ от lnP; проведите по ним сглаживающую прямую. Оцените величину тангенса угла наклона этой прямой к оси абсцисс. Сделайте вывод о применимости закона Стефана-Больцмана для данного объекта исследования.
Контрольные вопросы
1. Объясните, что такое тепловое излучение и каковы его основные характеристики: энергетический (световой) поток; энергетическая светимость; спектральная плотность энергетической светимости (испускательная способность). Связь между этими характеристиками.
2. Как, зная испускательную способность и энергетическую светимость тела определить полную энергию излучения?
3. Коэффициенты пропускания, отражения и поглощения. Абсолютно черное тело. Серые тела. Закон Кирхгофа.
4. Что такое универсальная функция Кирхгофа и каков её физический смысл?
5. Законы теплового излучения: закон Стефана-Больцмана; закон Вина. Недостатки классической теории теплового излучения.
6. Можно ли по вашим экспериментальным данным сделать заключение о применимости закона Стефана-Больцмана к излучающему объекту, использованному в данной работе?
7. Гипотеза Планка о квантовом характере излучения. Формула Планка.
8. Пирометры и их назначение. Что такое яркостной пирометр? Яркостная температура тела и ее связь с истинной температурой.