Определение постоянной Стефана-Больцмана с использованием оптического пирометра. Методические указания к лабораторной работе №47 по физике

сопротивления реостата в процессе измерения осуществляется вращением рифленого кольца, расположенного перед шкалой пирометра.

Шкала гальванометра 6, включенного в цепь накала лампы,

проградуирована в градусах Цельсия по излучению абсолютно чёрного тела.

Так как источник света (нагреваемая пластинка) отличается от абсолютно чёрного тела, то определяемая в данной работе яркостная температура отличается от истинной.

Яркостная температура тела — это такая температура абсолютно чёрного тела, при которой его лучеиспускательная способность (точнее, спектральная плотность энергетической яркости для определения длины волны) равна лучеиспускательной способности данного тела для той же длины волны.

В данной работе отличие яркостной и истинной температур не будет учитываться.

Для проведения измерений и расчетов по формуле (19) подготовьте таблицу экспериментальных данных.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1)Уяснив цель работы и ознакомившись с установкой, с разрешения преподавателя или лаборанта, включают её.

2)Медленно вращая ручку автотрансформатора, доводят пластинку до раскаленного состояния. Во избежание перегрева обмоток трансформатора и токопроводящих проводов, необходимо следить за показаниями вольтметра,

включенного в первичную цепь трансформатора 2. Напряжение в первичной обмотке не должно превышать 240 В.

3) Включают батарею накала нити лампы пирометра. Измеряют температуру ° раскаленной никелевой пластинки 1 и заносят её в таблицу 1.

При измерении температуры ток в цепи накала нити лампы с помощью реостата подбирают таким, чтобы её яркость совпала с яркостью изображения излучателя (нить «исчезает», т.е. становится неразличимой на фоне

11

исследуемой поверхности). В этом случае будут одинаковыми

лучеиспускательные способности нити и поверхности.

4)Записывают показания амперметра и вольтметра , включенных во вторичную обмотку трансформатора.

5)Измерения проделывают не менее трёх раз, изменяя в небольших пределах силу тока (около 5 А) во вторичной цепи.

6)После того как измерения закончены, выключают установку и,

подождав, пока никелевая пластинка остынет, измеряют с помощью штангенциркуля её нагретую поверхность, т.е. величину .

Таблица 1

7)Заносят в таблицу результатов погрешности измерений и средние значения величин.

8)По полученным результатам, используя формулу (19), вычисляют величину постоянной Стефана-Больцмана .

9)Определяют погрешность найденной величины .

10)Дополнительное задание: воспользовавшись полученными значениями и , вычислить постоянную Планка и её погрешность .

11)Сравните вычисленные значения и с табличными данными и объясните причины возможных расхождений.

12

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

Отчет по работе должен содержать:

1)Тему, цель, список приборов и принадлежностей.

2)Краткую теорию, включая расчётную формулу и формулу погрешности.

3)Схему оптического пирометра.

4)Таблицу экспериментальных данных.

5)Результаты вычислений и сравнений

6)Выводы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1)Что такое тепловое излучение? Как его спектр зависит от температуры?

2)Поясните физический смысл основных характеристик теплового излучения.

3)В чём различие между абсолютно чёрным и серым телами? Примеры.

4)Сформулируйте закон Кирхгофа и объясните график функции Кирхгофа.

5)Поясните понятие «ультрафиолетовой катастрофы».

6)В чём состоит гипотеза Планка и зачем она принята?

7)Сформулируйте закон Стефана-Больцмана. Как он получается из опыта и теории?

8)Сформулируйте закон Вина. Как он получается из опыта и теории?

9)Как в работе определяется постоянная Стефана-Больцмана?

10)Найдите формулу определения погрешности постоянной Стефана-

Больцмана.

11)Начертите и поясните принципиальную схему яркостного оптического пирометра.

12)Для чего в яркостном пирометре применяются красный и дымчатый светофильтры?

13

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Савельев, И.В. Курс общей физики: учеб. пособие. В 5 т. Т. 5. /

И.В. Савельев. – 5-е изд., испр. – Москва: Лань, 2011. – 48 с.

2. Стафеев, С.К. Основы оптики: учеб. пособие для вузов по направлениям

"Физика" (510400), "Прикладная математика и физика" (511600),

"Оптотехника" (551900), "Приборостроение" (551500) и другим физическим и техническим направлениям / С.К. Стафеев, К.К. Боярский, Г.Л. Башнина. –

Санкт-Петербург: Питер, 2006. – 336 с.

3.Янг, М. Оптика и лазеры, включая волоконную оптику и оптические волноводы / М. Янг. – Москва: Мир, 2005. — 541 с.

4.Сивухин, Д.В. Общий курс физики: учеб. пособие для вузов. В 5 т. Т. 4.

Оптика / Д.В. Сивухин. – 3-е изд., стереот. – Москва: ФИЗМАТЛИТ, 2005. –

792с.

5.Гершензон, Е. М. Курс общей физики. Оптика и атомная физика: учеб.

пособие для студентов физ.-мат. фак. пед. ин-тов / Е.М. Гершензон, Н.Н.

Малов, А. Н. Мансуров. – 2-е изд., перераб. – Москва: Просвещение, 1992. –

320 с.

14

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ СТЕФАНА-БОЛЬЦМАНА

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОПТИЧЕСКОГО ПИРОМЕТРА

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторной работе №47 по физике

Составители: Пономарев Андрей Сергеевич, Пыльнев Виктор Григорьевич,

Заблодский Артем Вячеславович

Редактор О.И. Попова

Подписано в печать . Формат 60x80 1/16. Бумага офсетная. 1

Ризография. Печ. л. 0,9. Тираж 100 экз. Заказ № Издательство Липецкого государственного технического университета.

Полиграфическое подразделение Издательства ЛГТУ 398600 Липецк, ул. Московская, 30.