Порядок выполнения работы

1. Собрать цепь, как показано на рисунке 1.

2. Установить лампу накаливания на некотором расстоянии r₁от фотосопротивления ФС (указание дает преподаватель).

3. Увеличивая напряжение на фотосопротивлении от 0 до 80 В через каждые 10 В, измеряют величину фототока I_ф.

4. Повторить измерения (пункты 2 и 3) для двух других расстояний r₂иr₃от фотосопротивления до лампы накаливания.

5. Результаты измерений занести в таблицу.

6. Построить графики зависимостей фототока от напряжения при разных световых потоках.

7. По формуле (5) рассчитать удельную чувствительность фотосопротивления. Сила света Iлампы накаливания и диаметр окна фотосопротивленияDуказаны на установке.

Таблица

U,В	r1=	r2=	r3=
	Iф	Iф	Iф
0
10
20
30
40
50
60
70
80

ФС

Л

~ 220

Рис. 1

Контрольные вопросы

1. Что называется фотоэффектом?

2. Какие виды фотоэффекта Вам известны?

3. Что такое фотоэлемент, фотосопротивление? Объясните на основе зонной теории проводимость фотосопротивления.

4. Перечислите и дайте определения основных характеристик фотосопротивления.

5. Что называется удельной чувствительностью фотосопротивления? В каких единицах она измеряется?

6. Где используются фотосопротивления?

Литература

1. Б.М. Яворский, А.А. Детлаф Курс физики, т. 3

2. И.В. Савельев Курс общей физики, т. 3

3. А.С. Шубин Курс общей физики

4. Р.И. Грабовский Курс физики

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

ИЗМЕРЕНИЕ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР ПРИ ПОМОЩИ

ОПТИЧЕСКОГО ПИРОМЕТРА

Цель работы: 1. изучение законов теплового излучения;

2. ознакомиться с одним из методов измерения высоких

температур (оптической пирометрией).

Задачи работы:

1. Определить истинную температуру нити лампы накаливания.

2. Установить зависимость температуры нити лампы от потребляемой мощности.

Приборы и принадлежности: оптический пирометр, лампа накаливания, реостат, ваттметр, источник питания.

Краткая теория

Самым распространенным в природе видом электромагнитного излучения является тепловое излучение, т.е. испускание электромагнитных волн за счет внутренней энергии тел. Тепловое излучение происходит при любой температуре. При невысоких температурах излучение является преимущественно инфракрасным, при высоких температурах – видимым и ультрафиолетовым.

Для характеристики теплового излучения вводятся величины:

1. Энергетическая светимость R тела (или лучеиспускательная способность тела) – это поток энергии Ф, испускаемый единицей поверхности излучаемого тела во всем интервале длин волн:

.

2. Спектральная плотность энергетической светимости - это поток энергии, излучаемый с единицы поверхности тела, приходящийся на единичный интервал длин волн:

.

Все тела в той или иной степени поглощают энергию падающих на них электромагнитных волн. Спектральной характеристикой поглощения является поглощательная способность тела, равная отношению потока , поглощенного телом, к потоку лучистой энергии, падающему на тело:

.

Этот коэффициент зависит от частоты (длины волны) и температуры.

Тело, полностью поглощающее упавшее на него излучение всех частот, называется абсолютно черным. Коэффициент поглощения абсолютно черного тела равен 1 и не зависит от длины волны излучения. Наиболее близким приближением (моделью) к абсолютно черному телу является непрозрачный сосуд с небольшим отверстием, стенки которого имеют одинаковую температуру. Луч, попавший в такой сосуд, испытывает многократные отражения, частично поглощаясь при каждом из них. Через некоторое время стенки поглощают его полностью. В ограниченном интервале длин волн близким к единице коэффициентом поглощения обладают сажа и платиновая чернь (). Абсолютно черных тел в природе не существует.

В теории теплового излучения наряду с понятием абсолютно черного тела часто пользуются другой идеализированной моделью реальных тел – серым телом. Тело называется серым, если его поглощательная способность меньше 1 и не зависит от длины волны излучения и температуры.

Связь между спектральной плотностью энергетической светимости и поглощательной способностью выражается законом Кирхгофа:

Отношение спектральной плотности энергетической светимости к поглощательной способности не зависит от природы тела, оно является для всех тел универсальной функцией длины (частоты) волны и температуры:

.

Излучение абсолютно черного тела подчиняется следующим законам.

1. Закон Стефана-Больцмана

,

где - постоянная Стефана-Больцмана.

Энергетическая светимость абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его абсолютной температуры.

2. Закон смещения Вина (первый)

,

где С₁ – постоянная Вина

Длина волны , на которую приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела, обратно пропорциональна его абсолютной температуре.

3. Второй закон Вина

,

где С₂ – постоянная второго закона Вина.

Максимальное значение спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела возрастает пропорционально пятой степени его абсолютной температуры.