Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ЛПОФФИЗ_Берестов.doc
Скачиваний:
67
Добавлен:
05.06.2015
Размер:
6.72 Mб
Скачать

Теоретическая часть

Излучение электромагнитной энергии веществом за счет его внутренней энергии называется тепловым излучением. Свойства теплового излучения определяются материалом тела и его температурой Т. Если из любого материала сделать замкнутую по­лость и под­держивать температуру ее стенок постоянной, то система (стенка + излучение) придет в состояние тер­модинамического равновесия, и в объеме полости установитсярав­новесноетепловое излучение.

По­ток энергии, испускаемый единицей поверхности излучающего тела за единицу времени по всем на­правлениям (в пределах телесного угла 2), называ­етсяэнергетиче­ской светимостьютелаR. Излу­чение состоит из волн различных частот(или длин волн). При малой величине интервала частотdпоток энергии, излучаемый единицей по­верхности в интервале частотd, пропорционаленd:

dR = r d

Величина rназывается испускательной (излучательной) способностью тела. Знаяr, можно оп­ределить энергетическую светимость тела:

.

Пусть на элементарную площадку поверхности тела падает поток энергии , обусловлен­ный электромагнитными волнами, частота которых заключена в интер­вале частот отдо+d. Часть потокабудет поглощена телом. Безразмерная вели­чина

называется поглощательной способностью тела. Она зависит от температуры тела Т. Тело, для которогодля всех частот, называютабсолютно черным. ЕслиаТ =const< 1, то тело называютсерым.

Кирхгоф сформулировал следующий закон: отношение испускательной и поглоща­тель­ной спо­собностей не зависит от природы тела, оно является для всех тел одной и той же универсальной функ­цией частоты и температуры:

Функция называется функцией Кирхгофа, она по сути представляет собой испускатель­ную способность абсолютно черного тела.

Стефан и Больцман, исходя из экспериментальных данных и термодинамических сооб­ражений, установили, что энергетическая светимость абсолютно черного тела Rпро­порциональна четвертой степени температуры (закон Стефана-Больцмана):

,

где = 5,67108Втм2 К4постоянная Стефана-Больц­мана.

Планк, сделав предположение, что электромагнитное излучение испускается в виде от­дельных порций энергии (квантов), величина которыхпропорциональна частоте излуче­ния, установил вид функции Кирхгофа (формула Планка):

,

где = 1,051034Джспостоянная Планка;= 1,381023Дж/К - постоянная Больцмана;= 3108м/с скорость света в вакууме.

Зная функцию и поглощательную способность телаaT, можно определить энергетическую светимость тела

.

Температурная зависимость R(Т) реального тела отличается от зависимостиR*(Т) для абсолютно черного тела, однако общий вид обычно сохраняется:

RTn,

где nблизко к четырем.

Экспериментальная часть

В данной работе наблюдается излучение вольфрамовой нити лампы накаливания. Для вольфрама согласно закону Кирхгофа

,

поэтому

. (1)

Измерение температуры излучающих тел осуществляется с помощью пирометров– приборов для измерения температуры бесконтактным методом по интенсивности их те­плового излучения. Пирометры подразделяются на три основные группы: радиационные, яркостные и цветовые.

Вданной работе используетсяяркостный пирометр с исчезающей нитью, сравни­вающий излучение вольфрамовой нити лампы накаливания с из­лучением абсолютно черного тела на одном и том же фиксиро­ванном узком участке спектра отдо+. Наблюдая в окуляр совмещен­ные в одной плоскости изображения светящейся спирали и нити накала пирометра (см рис.), с помощью реостата подбира­ется такой накал нити пирометра, чтобы ее яркость совпала с яр­костью изображения спирали. В этом случае нить «исчезает», т.е. становится неразличимой на фоне изображения спирали. Прибор проградуирован так, что показывает значение температурыТ* абсолютно черного тела, излучающего на длине волны = 660 нмтак же, как излучает исследуемая спираль в дан­ных условиях.

Для определения температуры Тспирали необходимо сделать пересчет. Для абсо­лютно черного тела

. (2)

При одинаковой яркости спирали лампы и нити пирометра будут одинаковыми и энерге­тические светимости в заданном интервале частот. Используя условие (объясните, почему оно выполняется) и, приравнивая энергетиче­ские светимо­сти (1) и (2), получаем

, (3)

где - яркостная температура (температура, определяемая с помощью нити пирометра, прокалиброван­ной по излучению абсолютно черного тела);1,438102(мК);= 660 нм - длина свето­вой волны (средняя длина волны, пропускаемая светофильтром);- температура вольфрама;= 0,43- поглощательная способность вольф­рама в исследуе­мом диапазоне температур.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]