лабраб 14а Тепловое излучение
.pdf10
тельности которого изменяется в зависимости от приложенного напряжения и находится при данном поданном на датчик напряжении в достаточно узкой области длины волны (спектральная характеристика фотоприёмника имеет ярко выраженный максимум при определённой длине волны при подачи на него данного напряжения). Установка максимальной спектральной чувствительности датчика осуществляется кнопками «ДЛИНА ВОЛНЫ», установленное значение длины волны отображается на ЖК-дисплее. Таким образом, измеряется значение излучательной способности серого тела на данной длине волны при некоторой установленной температуре нити накала излучателя. Напряжение фотодатчика uвых пропорционально величине излучательной способности rλ, T нити накала, так при освещении фотодатчика в его цепи возникает электрический ток, пропорциональный интенсивности падающего света. Такая система позволяет снять зависимости излучательной способности серого тела rλ, T = uλ, T ~ uвых от длины волны при различных температурах и получить характеристику, подобную представленной на РИС. 2.
В данной работе находят длины волн, соответствующие максимуму спектральной излучательной способности исследуемого тела при различных температурах. Затем строят график зависимости длины волны λm, соответствующей максимуму излучательной способности тела, от обратной температуры 1/T. Эта зависимость должна быть линейной согласно закону смещения Вина (5).
2. Порядок выполнения работы
1.Включить установку в сеть с напряжением 220 В. Поставить переключатель «СЕТЬ» в положение «ВКЛ», при этом должен загореться сигнальный светодиод.
2.Кнопкой «РЕЖИМ РАБОТЫ. ВХОД/ТЕМПЕРАТУРА» установить температуру нити накала.
3.Кнопками «ДЛИНА ВОЛНЫ» изменять длину волны, для которой измеряется спектральная излучательная способность. При этом качественно визуально отслеживать изменение яркости нити накала через окошко в корпусе эксперимен-
тальной установки. Измерять выходное напряжение фотодатчика uвых с помощью встроенного измерительного прибора. Для каждого значения температуры T нити накала провести серию измерений (всего должно быть выполнено пять серий). Результаты всех серий занести в ТАБЛИЦУ 3.
4.По окончании работы поставить переключатель «СЕТЬ» в положение «ВЫКЛ» и вынуть сетевую вилку из розетки.
3. Данные установки |
|
Инструментальная погрешность измерения длины волны: |
λ = 50 нм |
Инструментальная погрешность измерения напряжения фото- |
|
датчика: |
uвых = 0,02 В |
Инструментальная погрешность измерения температуры нити |
|
накала: |
T = |
4. Обработка результатов измерений
1. По данным ТАБЛ. 3 построить графики зависимостей uвых(λ). Графики всех пяти серий измерений построить в одних осях, отметив, какой температуре какая кривая соответствует.
11 |
Таблица 3 |
λ, нм |
T, К |
,В |
вых |
u |
2. По данным ТАБЛ. 3 для каждого значения температуры определить значение |
длины волны λm, соответствующего максимуму спектральной излучательной спо- |
собности нити накала. Данные занести в ТАБЛ. 4. В ту же таблицу занести соответ- |
ствующие значения 1/T. |
Таблица 4
T, К |
1/T, К–1 |
λm, нм |
|
|
|
3.По данным ТАБЛ. 4 построить график λm(1/T). Проверить, является ли эта зависимость линейной.
4.Используя формулу (5), найти значение постоянной Вина;
b |
λ |
|
λ |
|
||
|
2m |
|
1m |
|
||
|
|
|
|
|||
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T |
|
2 |
|
T |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
.
Здесь λ2m и λ1m – значения длин волн, лежащие на линейной аппроксимации графика λm(1/T), соответственно при значениях (1/T)2 и (1/T)1.
5. По графику λm(1/T) рассчитать погрешность измерения b. Записать оконча-
тельный результат в виде
b b
b
с учётом правил округления.
6. Сравнить результат расчёта b со справочным значением b’ и проверить выполнение равенства
|
|
b . |
b b |
Контрольные вопросы
1.Какое тело называется абсолютно чёрным? Дайте определение интегральной излучательной способности.
2.Дайте определение спектральной излучательной способности. Каким соотношением она связана с энергетической светимостью тела?
3.Дайте определение коэффициента поглощения.
4.Как зависит спектральная излучательная способность тела от температуры и частоты (длины волны)?
5.Напишите формулу Планка.
6.Сформулируйте закон смещения Вина.
7.Сформулируйте закон Стефана-Больцмана.
12
8.Каков физический смысл и размерность постоянных Стефана–Больцмана и Вина?
9.В чём состоит закон Кирхгофа? Как он используется в данной работе?
10.Объясните принцип работы экспериментальной установки согласно блоксхеме РИС. 5.
11.Как измеряется температура разогретой нити накала?
12.Объясните вид вольтамперной характеристики нити накала, показанной на
РИС. 4.
13.Почему значение n, измеренное в данной лабораторной работе, больше значения n’ = 4 в формулировке закона Стефана-Больцмана (3)?