Приборы и оборудование:

Общий вид установки приведен на рис.5:

Рис. 5

На рисунке:

1. Индикатор;

2. Кнопка «Установка»;

3. Кнопка «-»;

4. Кнопка «+»;

5. Кнопка «СБРОС»;

6. Кнопка «ПУСК»;

7. Блок счетчика;

8. Шторка;

9. Линейка;

10. Держатель источника альфа частиц.

Установка состоит из объекта исследования и устройства измерительного, соединяемых между собой кабелем.

Объект исследования состоит из счетчика альфа частиц с источником питания и устройством формирования импульсов, держателя источника альфа частиц. Держатель источника устанавливается на скамье перед счетчиком. Кроме того, на скамье прикреплена линейка, предназначенная для измерения расстояния от источника до счетчика.

Из корпуса формирователя выведен кабель с разъемом для подключения объекта исследования к устройству измерительному.

На передней панели устройства измерительного размещены следующие органы управления и индикации:

- кнопка СБРОС - предназначена для установки в исходное состояние перед началом измерения или прерывания измерения с установкой в исходное состояние;

- кнопка ПУСК/ СТОП - предназначена для прерывания измерения без установки в исходное состояние и для включения режима измерения при начале измерения или после остановки измерения;

- кнопка УСТАНОВКА - предназначена для включения и выключения (путем повторного нажатия) режима установки времени измерения;

- кнопки "+" и "-" - предназначены для установки времени измерения (при этом при кратковременном нажатии происходит установка единиц секунд, а при длительном - установка десятков секунд, переключение диапазонов 99,9 и 999 с происходит автоматически);

- индикатор – предназначен для индикации количества частиц при проведении измерения и времени измерения соответственно, а также режимов работы;

На задней панели устройства измерительного расположен выключатель СЕТЬ.

Лабораторная работа №7 изучение абсолютно черного тела

Цель работы: исследовать зависимость теплового излучения (энергетической светимости или интегральной испускательной способности) абсолютно черного тела от температуры и проверить выполнение закона Стефана-Больцмана.

Содержание работы

Поместим два тела одинаковой температуры, обменивающихся электромагнитным излучением, в зеркальную оболочку, полностью отражающую излучение. Обозначим через U₁ и U₂ энергии, испускаемые в 1 сек первым и вторым телом соответственно, а через α₁ и α₂ - коэффициенты поглощения этих тел, т.е. отношения энергии, которую они поглощают, к падающей на них энергии. Тогда поток энергии W₁, уходящий от первого тела, складывается из энергии U₁, которую оно излучает, и энергии (1-α₁)W₂, отраженной этим телом (1):

(1)

Энергия U₁, испускаемая первым телом, равна поглощаемой им энергии (2):

(2)

аналогично получаем (3):

(3)

Вычитая W₂ из обеих частей (1), найдем (3а):

(3a)

и, учитывая (2), получим (4):

(4)

Таким образом, при тепловом равновесии уходящая от тела электромагнитная энергия не зависит от того, что это за тело, и является, следовательно, функцией только температуры.

Из (2) и (3) следует (5):

, (5)

т.е. для всех тел отношение испускательной и поглощательной способности не зависит от рода тела. В качестве второго тела возьмем тело, поглощающее все падающее на него излучение. Такие тела называются абсолютно черными, для них α₂=1. Тогда излучение любого тела получается путем умножения излучения абсолютно черного тела U_абс на коэффициент поглощения данного тела α (закон Кирхгофа):

(6)

Статистическое рассмотрение равновесного излучения позволяет получить основную формулу для равновесного распределения плотности энергии излучения по частоте, либо по энергии фотонов ρ(Е)dЕ - формулу Планка:

(7)

где ρ(ω) - плотность электромагнитной энергии, приходящейся на единичный спектральный интервал в единице объема.

Ф ункция ρ(ω) схематически изображена на рисунке (1)

Рис.1

Формула Планка позволяет получить полную (проинтегрированную по частоте) плотность энергии равновесного излучения (8):

(8)

Представим модель абсолютно черного тела в виде небольшого отверстия, просверленного в полом теле. Если размер отверстия мал по сравнению с диаметром полости, то подавляющая часть входящего через отверстия излучения "запутывается" в полости и не выходит обратно.

Формула Планка позволяет получить выражение для полной энергии, излучаемой единицей поверхности абсолютно черного тела (испускательной способности) (9):

, (9)

где константа σ называется постоянной Стефана-Больцмана (10):

(10)

Таким образом, энергия излучения растет как четвертая степень температуры. При обычных условиях и температурах основные потери связаны с конвекцией и теплопроводностью. При достаточно высоких температурах основную роль начинают играть потери на излучение. В некоторых специальных условиях (сосуды Дьюара, колбы термосов) потери на излучение становятся существенными уже при нормальной температуре. Поэтому стенки таких сосудов делают зеркальными.