Ход работы

1. Включают прибор и проверяют нулевую точку (при отсутствии кюветы с раствором) прибора. Для этого вращением окуляров добиваются резкой видимости полуокружностей бикварцевой пластины и шкалы прибора, а вращением анализатора одинаковой освещенности поля зрения.

2. Проводят градуировку сахариметра, помещая в камеру поочередно кюветы с известной концентрацией раствора сахара и уравнивая яркости полуокружностей. Данные шкалы занести в таблицу.

Таблица

№	Концентрация, %	Угол поворота φ плоскости поляризации (в ед. шкалы)	<φ>
1		1.
		2.
		3.
2		1.
		2.
		3.
3		1.
		2.
		3.
4	Раствор неизвестной концентрации	1.
		2.
		3.

3. По полученным данным строят график зависимости угла поворота плоскости поляризации в делениях шкалы от концентрации растворов.

4. Измеряют угол поворота плоскости поляризации раствором неизвестной концентрации и определяют последнюю по графику.

5. Вычисляют концентрацию по формуле (1)и сравнивают с полученным экспериментальным результатом.

Контрольные вопросы

1. Какой свет называется естественным, поляризованным, частично поляризованным?

2. Способы получения поляризованного света.

3. Каким образом можно определить, является ли свет поляризованным, с помощью одного поляризатора?

4. Закон Малюса.

5. Призма Николя. Ее устройство.

6. Какие вещества называются оптически активными?

7. Устройство полутеневого поляриметра.

Квантовые свойства света. Тепловое излучение.

Лабораторная работа № 5

«Определение температуры раскаленного тела оптическим методом»

Цель работы: определить температуру раскаленного тела и вычислить постоянную Стефана – Больцмана.

Приборы и материалы:пирометр ОППИР-09, аккумулятор, амперметр, вольтметр, реостат, исследуемое тело – спираль лампы накаливания.

Теоретическое введение

Тепловым (температурным) излучением называются электромагнитные волны, обусловленные тепловым движением молекул.

Тепловое излучение имеет ряд следующих особенностей.

1. тепловое излучение имеет место при любых температурах выше абсолютного нуля;

2. это единственное равновесное излучение;

3. спектр теплового излучения сплошной и не является собственным излучением вещества;

4. спектральный состав излучения зависит от температуры;

5. максимум излучения при повышении температуры сдвигается в сторону коротких длин волн;

6. чем больше вещество поглощает энергии, тем больше оно излучает.

Основные количественные характеристики теплового излучения:

1. ,

где R_Т- интегральная лучеиспускательная способность тела – энергия, излучаемая телом при заданной температуре с единицы площади в единицу времени в широком диапазоне длин волн;

r_λТ- спектральная лучеиспускательная способность тела – энергия, излучаемая телом при заданной температуре с единицы площади в единицу времени в узком интервале длин волн.

2. - лучепоглощательная способность тела, показывающая, какая доля общего потока поглотилась телом вблизи данной длины волны при определенной температуре.

Между лучеиспускательной и лучепоглощательной способностями тела существует связь, отраженная в законе Кирхгофа:

где E_λТ - испускательная способность абсолютно черного тела, d_λТ - его поглощательная способность.

Поскольку d_λТ = 1, то

Закон Стефана – Больцмана для абсолютно черного тела: интегральная испускательная способность абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры:

где σ - постоянная Стефана – Больцмана – энергия, излучаемая единицей площади тела в единицу времени по всем длинам волн при изменении температуры на один Кельвин.

Для реальных, серых тел и закон Стефана – Больцмана для них:

где а - интегральная степень черноты тела, зависящая от материала, состояния поверхности и температуры; она показывает, во сколько раз поглощательная способность данного тела меньше поглощательной способности абсолютно черного тела.

Закон Вина:

где b= 2,9·10^-3(постоянная Вина).

Согласно закону, с увеличением температуры максимум излучения сдвигается в сторону коротких длин волн (λ_max- длина волны, соответствующая максимальному значению излучательной способности).

Законы Стефана – Больцмана и Вина являются частными законами, не описывающими распределение излучательной энергии при разных температурах в большом диапазоне длин волн, так как они получены на основе классической физики.

Правильное, согласующееся с опытными данными, выражение для излучательной способности абсолютно черного тела было найдено в 1900 г. немецким физиком Планком, выдвинувшим квантовую гипотезу об излучении энергии не непрерывно, а порциями – квантами, энергия которых пропорциональна частоте; 1900г. – год рождения квантовой оптики.

В данной работе для определения постоянной «σ» используется закон Стефана – Больцмана:

(1),

где Т₁ - температура раскаленного тела, Т₂ - температура окружающей среды.

Телом, температуру которого надо определить, служит спираль лампы накаливания. Для поддержания нити в нагретом состоянии к лампе подводится мощность

,

где I - ток, текущий через лампу; U - напряжение, под которым находится лампа.

Так как спираль имеет площадь S и излучает во все стороны, с некоторым приближением можно записать, что энергия, подводимая к единице площади раскаленной нити будет такой:

(2).

Пользуясь формулами (1) и (2), получим:

(3).

Определение температуры спирали лампы пирометром сводится к сравнению цвета и интенсивности излучения раскаленного тела с интенсивностью проградуированного эталона нити лампы пирометра. Устанавливают красный светофильтр и определяют Т₁ по верхней шкале пирометра. Шкала пирометра градуирована по излучению АЧТ.

С помощью реостата пирометра изменяют силу тока, протекающую через нить лампы пирометра (источником тока служит аккумулятор, ЭДС которого 2-2,4 В), и добиваются того, чтобы верхняя часть нити (дуги) лампы пирометра исчезла на фоне исследуемого раскаленного тела. После этого по шкале гальванометра, проградуированного в градусах Цельсия, определяют температуру и переводят ее в градусы Кельвина.

Если излучающее тело не является черным, то пирометр показывает температуру такого черного тела, яркость которого одинакова с яркостью данного тела.

Величина Т называется яркостной температурой тела. Если а близка к единице, то яркостная и истинная температуры тела практически совпадают.