7. Порядок виконання роботи

1. Огляньте вимірювальний пристрій спектроскопа, визначте ціну поділки вимірювальної шкали.

2. Спрямуйте спектроскоп на звичайне джерело світла (лампа розжарювання), розташувавши її перед щілиною коліматора.

3. Проведіть калібрування спектроскопа, скориставшись даними таблиці 2. При калібрувальних вимірюваннях наводьте вказівник спектроскопу на різні спектральні складові світла (кольори).

4. Результати вимірювань запишіть у таблицю:

λ, нм
Відрахування спектроскопа, поділки

5. Вимкніть установку. Побудуйте калібрувальну характеристику спектроскопа за результатами вимірювань.

6. Спрямуйте спектроскоп на джерело світла з трубкою, заповненою невідомим газом, розташувавши її перед щілиною коліматора. Під’єднати до джерела живлення.

7. Увімкніть установку і, наводячи вказівник по черзі на всі лінії спектру, знімайте покази по шкалі спектроскопа. Результати вимірювань розміщуйте в таблицю:

Номер лінії	Покази спектроскопа	Довжина хвилі, нм	Колір лінії

8. Вимкніть установку, від’єднайте трубку з невідомим газом від джерела живлення.

9. За допомогою градуювального графіка визначте довжини хвиль для ліній спектра досліджуваного газу та занесіть їх до таблиці.

10. За каталогом визначте хімічну формулу невідомого газу.

8. Прилади та обладнання.

В роботі використовуються: спектроскоп, газорозрядні трубки, штатив для кріплення трубок, джерело живлення.

9. Література.

1.Савельев Н.В. Курс общей физики. М.:Наука. Т. 2, 1978; Т. 3 1979.

2. Ландсберг Г.С. Оптика. М.:Наука. 1976.

3. Зисман Г.А., Тодес О.М. Курс общей физики. М.: Наука. Т.2, 1972; Т.3, 1978.

Лабораторна робота № 2

Варіант 2

Визначення сталої Стефана- Больцмана

1. Мета роботи: визначення сталої Стефана-Больцмана для теплового випромінювання тіл.

2. Прилади та обладнання: оптичний пірометр, лампа розжарювання, випрямляч ВС-24М, ваттметр, перемикач.

3. Загальні вказівки

Теплове випромінювання – це електромагнітне випромінювання тіла, яке визначається збудженням атомів або молекул тіла внаслідок їх теплового руху. Цей вид випромінювання має місце при будь-якій температурі тіла, інтенсивність теплового випромінювання та його спектральний склад залежать від температури, хімічної природи та агрегатного стану тіла.

Для характеристики теплового випромінювання вводиться поняття енергетичної світності. Енергетична світність R_e – це енергія, яку випромінює одиниця площі поверхні нагрітого тіла у всіх напрямках (в межах тілесного кута 2π) за одиницю часу. Всі нагреті тіла випромінюють суцільний спектр теплового випромінювання, тобто воно складається з електромагнітних хвиль різних довжин λ (або частот ν) від 0 до ∞. Позначимо енергетичну світність у інтервалі частот dν як dR_e. Якщо величина цього інтервалу dν мала, то енергетична світність буде пропорційна його ширині, тобто

dR_e=r(ν)∙dν.

Величина r(ν) називається випромінювальною здатністю тіла. Дослідами доведено, що випромінювальна здатність залежить від температури тіла. Тому інтегральну енергетичну світність тіла можна визначити наступним чином:

R_e=. (1)

Нехай на елементарну площу поверхні тіла падає потік променевої енергії dФ(ν), обумовлений електромагнітними хвилями, частоти яких лежать в інтервалі dν. Частина цього потоку dФ´(ν) буде поглинатися тілом.

Безрозмірна величина

називаєтся поглинаючою здатністю тіла. Ця величина залежить від частоти електромагнітного випромінювання та від температури тіла.

Якщо тіло повністю поглинає випромінювання усіх частот, яке падає на його поверхню, то для нього a(ν,Т) =1. Таке тіло називають абсолютно чорним тілом. Тіла, для яких поглинальна здатність менша одиниці, але однакова для усіх частот та залежить тільки від температури, матеріалу та стану поверхні, називаються сірими тілами. Для таких тіл а(Т) = соnst<1.

У 1884 році Л.Больцман, аналізуючи експериментальні данні та застосовуючи термодинамічний метод, теоретично отримав для енергетичної світности абсолютно чорного тіла вираз:

R_e= σT⁴, (3)

де σ – стала величина, Т – абсолютна температура тіла. Це співвідношення отримало назву закона Стефана-Больцмана для теплового випромінювання. Константу σ називають сталою Стефана-Больцмана.

4. Опис лабораторнї установки

Вимірювання температури тіла в роботі виконується за допомогою оптичного пірометра зі зникаючою ниткою (рис.1). Він складається з зорової труби Т, у фокусі якої знаходиться нитка Н еталонної лампи розжарення Л. Об’ектив труби Т наводиться на джерело теплового випромінювання (розжарена волосина лампи ЛР, яка живиться від випрямляча В). За допомогою лінзи L₁ зображення волосини лампи ЛР зводиться в площину нитки

еталонноі лампи розжарення Л пірометра. Друга лінза F₂, розташована в окулярі труби Т, дає збільшене зображення нитки лампи пірометра Н та поверхні розжареної волосини лампи ЛР.

Лампа Л живиться від акумуляторної батареї Б. Її розжарення регулюється реостатом R за допомогою кільця, що знаходиться на окулярі труби Т пірометра. Регулюючи реостатом R величину струму у лампі Л, можна досягти зникнення нитки Н на фоні розжареної волосини лампи ЛР- у цьому випадку температури нитки лампи ЛР та волосини лампи Л стають однаковими. Порівняння яскравості відбувається в обмеженій частині спектру, тому для отримання монохроматичного випромінювання у трубі Т розміщується червоний світлофільтр F₁. Температуру нитки t_v відраховують за вольтметром зі шкалою, проградуйованою безпосередньо у градусах Цельсія. При температурі, більшій за 1400°C, необхідно ввести червоний світлофільтр F₁. Для визначення потужності, спожитої лампою розжарення ЛР, використовують ваттметр W.