4. Порядок выполнения работы. Эксперимент. Математическая обработка результатов измерений

4.1. Установить термостолбик так, чтобы втулка на передней панели столбика вошла в отверстие на передней панели печи.

4.2. Включить измерительное устройство тумблером “сеть” , расположенном на его задней панели. Дать прогреться установке в течении 5 мин.

4.3. Включить печь тумблером «сеть». При этом ручка «скорость нагрева» должна находиться в положении «0».

4.4. Включить вентилятор тумблером «вент».

4.5. Предварительно подготовить в тетради таблицу по следующему образцу:

Таблица 1

№ п/п	Uт, мВ Напряжение на термостолбике		Δt, °С Разность температур печи и окружающей среды	Тп, К Температура печи Тп=( Δt + tкомн)+273 K; принять tкомн = 27°С
1		0,15
2		0,30
20		3,00

4.6. Перевести ручку «скорость нагрева» из положения «ноль» в положение «шесть» и начать измерения.

4.7. Снять зависимость U_т = f(Δt) и заполнить таблицу 1. Запись показаний индикаторов начинать с U_т = 0.15мВ до 1.5мВ с интервалом 0.15мВ.

При достижении на термостолбике напряжения U_т = 1мВ необходимо перевести ручку «скорость нагрева» в положение «8» и продолжить измерение до U_т = 3мВ.

4.8. По окончании измерений перевести ручку «скорость нагрева» в положение «0», не выключая вентилятора печи.

4.9. На миллиметровой бумаге построить градуировочный график зависимости P_т = f(U_т), т. е. мощности излучения Р_т, подаваемой в приёмное окно термостолбика, от напряжения U_т на термостолбике, используя данные таблицы 2.

Таблица 2

Pт,Вт	0	0,0035		0,005		0,0078		0,0107		0,0139		0,0176		0,0219		0,0264		0,0315
Uт,мВ	0	0,12		0,19		0,27		0,36		0,46		0,58		0,71		0,86		1,01
Pт,Вт	0,0371		0,0430		0,0494		0,0564		0,0638		0,0717		0,0801		0,089		0,098
Uт,мВ	1,19		1,38		1,58		1,81		2,04		2,31		2,57		2,86		3,15

По оси абсцисс отложить значения U_т в масштабе 10см : 2мВ, по оси ординат отложить значения Р_т в масштабе 1см : 5 10^-3Вт.

4.10. Подготовить по образцу и заполнить таблицу 3, используя данные таблицы 1 и значения градуировочного графика.

Таблица 3

№ п/п	Uт,мВ (из табл.1)	Тп4, К­4 (из табл.1)	Рт,Вт (из градуировочного графика)	R­э = Рт · k
1.
2.
3.
20.

Т_п -четвертая степень абсолютной температуры печи.

Р_т – мощность излучения, подаваемого на приёмник термостолбика.

R_э – энергетическая светимость излучателя (нагретой печи),

k – коэффициент пропорциональности, полученный из геометрии эксперимента (площадь приемного окна термостолбика, площадь окна излучателя, расстояние между ними, поглощательная способность термостолбика):

k = 9,3 · 10⁵ м²

4.11. На миллиметровой бумаге построить график зависимости энергетической светимости излучателя R_э от его температуры в четвертой степени: R_э = f(Т_п ).

По оси абсцисс отложить Т_п⁴ в масштабе 1см : 0,1 · 10 K .

По оси ординат отложить R_э в масштабе 1см : 4 · 10 .

4.12. Согласно закону Стефана-Больцмана R_э = σ Т⁴ вычислить = , где σ – постоянная Стефана-Больцмана. Значение σ вычислить двумя способами:

4.12.1. Через начало координат провести прямую R_э = f(T⁴) так, чтобы количество экспериментальных точек снизу и сверху от этой прямой было приблизительно одинаковым.

Тогда tg  = = = сonst, где  – угол наклона экспериментальной прямой к оси абсцисс.

4.12.2. По заданию преподавателя выбрать три пары экспериментальных точек. Через парные точки провести карандашами разного цвета прямые, для которых

tg ₁ = ₁.

tg ₂ = ₂,

tg ₃ = ₃.

Затем определить как

=( _mаx + _min )/2

Δ = ( _mаx – _min )/2

Результат записать в виде = Δ .

Описанный метод называется методом парных точек.

4.13. По закону смещения Вина вычислить длину волны _max, на которую приходиться максимум спектральной плотности энергетической светимости. Значения абсолютных температур излучателя (нагретой печи) задаются преподавателем.

4.14. На одном графике качественно изобразить для трех выбранных температур и вычисленных _max зависимость r_,T = f() (сплошной спектр нагретого тела).

Сделать выводы по пунктам цели лабораторной работы (1.1 - 1.3), указывая, совпали или не совпали экспериментальные результаты в пределах абсолютной погрешности с табличными.