Из экспериментально полученных кривых |
определяют длины волн max, |
|
для которых величина |
максимальна. Используя закон Вина, рассчитывают |
|
температуру излучателя по формуле |
|
|
|
Тэксп = b/ max , |
(11) |
где b=2,898·10-3 м·К - постоянная Вина, и сравнивают полученное с заданными в задании NR. Для проверки закона Стефана-Больцмана
|
I = Т4, |
|
где |
= 5,670·10-8Вт/Н2·К4 - постоянная Больцмана, необходимо |
определить |
площади S, ограниченные кривыми ( ,Т) и осью абсцисс, и проверить спра- |
||
ведливость соотношений |
|
|
|
S1/T14= S2/T24 = S3/T34 , |
(12) |
c |
другой стороны, можно экспериментально измерить величину напряжения |
|
U |
, пропорциональную |
|
|
I = |
( ,T)d , |
для трех температур (в этом случае вместо узкополосного фильтра установлен нейтральный ослабитель, 8-е окно), и проверить справедливость соотношений
U 1 |
|
U 2 |
|
U 3 |
const . |
(13) |
|
|
|
|
|
||
(T )4 |
|
(T )4 |
|
(T )4 |
||
|
|
|
|
|||
1 |
2 |
3 |
|
|
||
Задания и порядок выполнения работы
ВНИМАНИЕ! Прежде чем включить установку, убедитесь, что все кнопки находятся в отжатом положении. Затем следует нажать кнопку "Сеть", а после за-
горания светодиода − кнопку "Т1". Выждать 15 мин, что необходимо для про-
грева установки, после чего приступить к выполнению измерений.
Задание 1. Измерение плотности излучения
1. Поворотом рукоятки установить в рабочее положение фильтр 1.
37
2. Включить двигатель модулятора, нажав кнопку "Модулятор" (до оконча-
ния измерений не выключать).
3. Выждать 10-15 с, пока показания цифрового индикатора ни установятся, и
снять показания. Если на индикаторе высвечивается информация 1 (после запя-
той цифра не светится), то следует нажать кнопку "Диапазон" (при этом показа-
ния индикатора следует увеличить в три раза.)
4. Последовательно, осуществляя смену фильтров, снять показания и запол-
нить табл. 2. Провести не менее трѐх измерений для каждого фильтра. Опреде-
лить среднее значение.
Таблица 2
, мкм 2,08 2,50 3,20 3,90 4,54 6,20 8,50
U (Т1)(В)
При величине показаний цифрового вольтметра меньше 2 В лучше рабо-
тать на диапазоне 1. В положении 8 блока фильтров вместо узкополосного фильтра устанавливается нейтральный ослабитель, что позволяет измерить ве-
личину UЕ , пропорциональную энергетической светимости E в интервале длин волн от 2 до 20 мкм.
5. Повторить измерения для температуры Т2, нажав кнопку "Т2" (при этом светодиод против кнопки "Т1" должен погаснуть), а затем для температуры Т3.
Результаты измерений занести в табл. 3,4, аналогичные табл. 2. После перехода к новой температуре выждать 5 мин до начала проведения измерений.
6. Построить графики зависимостей ( ,T) для трех температур. Графики строить только на миллиметровой бумаге, выбрав масштаб по оси длин волн 1
мкм - 20 мм, а по оси напряжений 1 В - 50 мм. В интервале длин волн 2,0 мкм и
7,5 мкм изобразить ход кривых и убедиться в их соответствии с теоретическими положениями.
38
7. Нажатием кнопки "Модулятор" отключить двигатель и излучатель от блока питания. Выключить установку нажатием кнопки "Сеть".
Задание 2. Проверка справедливости закона Вина
1. Определить из графика ( ,Т ) величины max для трѐх температур.
2.Вычислить по формуле (11) значение Tэксп.
3.Сравнить полученные результаты с заданными величинами температур:
Т1 = 1070 К , Т2 = 850 К , Т3 = 600 К . Вычислить отклонения экспериментальных данных от заданных в процентах. Сделать выводы.
Задание 3. Проверка справедливости закона Стефана-Больцмана
1. Определить графически (или рассчитать на микроЭВМ) площади S, огра-
ниченные осью абсцисс и кривыми ( ,Т ) для трех температур.
2.Проверить выполнение соотношений (12).
3.Вычислить величины отклонений отношений (12) от среднего значения в процентах. Сделать выводы.
4. Используя экспериментально измеренные значения U 
(Т = const) из табл. 2 − 4 и заданных температур излучателя, проверить выполнение соотноше-
ний (13).
Контрольные вопросы :
1.Какова природа теплового излучения?
2.Что такое АЧТ и каким законам подчиняется его излучение?
3.Что такое серое тело?
4.Каким образом можно установить, описывается ли тепловое излучение нихромовой спирали функцией Планка?
5.Используя выражение для функции Планка, оценить долю энергии излу-
чения, приходящегося на интервалы длин волн 0-2 мкм и 7,5-10 мкм.
Литература [1, 7, 11, 13, 14].
39