- •201-2007 Методические указания
- •1. Тепловое излучение
- •1.1. Теоретическое введение к лабораторным работам 3.01 и 3.02
- •1.1.1. Характеристики теплового излучения
- •1.1.2. Закон Кирхгофа
- •1.1.3. Закон Стефана — Больцмана
- •1.1.4. Закон смещения (первый закон) Вина
- •1.1.5. Второй закон Вина
- •1.1.6. Оптическая пирометрия
- •1.2. Лабораторная работа 3.01. Определение температуры оптическим пирометром
- •1.2.1. Описание установки и методики измерений
- •1.2.2. Порядок выполнения работы
- •1.3. Лабораторная работа 3.02. Изучение теплового излучения
- •1.3.1. Описание установки и методики измерений
- •1.3.2. Порядок выполнения работы
- •1.4. Теоретический минимум
- •2. Фотоэффект
- •2.1. Теоретическое введение
- •2.2. Лабораторная работа 3.03. Исследование внешнего фотоэффекта
- •2.2.1. Описание установки и методики измерений
- •2.2.2. Порядок выполнения работы
- •2.2.3 Теоретический минимум
- •2.3. Лабораторная работа 3.04. Исследование фотоэлемента
- •2.3.1. Описание установки и методики измерений
- •2.3.2. Порядок выполнения работы Внимание! Переключатель п, расположенный на лицевой панели установки, должен находиться в положении вах!
- •2.3.3. Теоретический минимум
- •3. Атом водорода
- •3.1. Теоретическое введение
- •3.2. Лабораторная работа 3.05. Изучение спектра атома водорода
- •3.2.1.Описание установки и методики измерений
- •3.2.2. Порядок выполнения работы
- •3.2.3. Теоретический минимум
- •БИблиогрфический список
- •Содержание
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
1.3.1. Описание установки и методики измерений
Электрическая схемаустановки представлена на рис.1.8. Источник переменного тока (ИПТ) 1 с помощью ключа 2 подключается к лампе накаливания 3 и эталонному сопротивлению Ro – 4. Изменяя сопротивление реостата R – 5, можно менять ток в цепи накала лампы, а, следовательно, и температуру лампы. При каждом положении движка реостата вольтметром измеряется падение напряжения на эталонном сопротивлении (Uo) и исследуемой лампе (Uл). Величина тока в цепи лампы определяется по закону Ома Io=Uo/Ro, сопротивление вольфрамовой нити RT = Uл/Iл , а мощность излучения лампы согласно закону Джоуля - Ленца Рл = IлUл.
5
Rэ = n , (1.20)
где – постоянная Стефана-Больцмана, T – абсолютная термодинамическая температура тела, А 1 – степень черноты, равная коэффициенту монохроматического поглощения, n – показатель степени, который у реальных тел зависит от многих факторов: химического состава, состояния поверхности и т. д. и отличается от (1.23).
В данной работе в качестве излучающего тела используется вольфрамовая нить накала электрической лампы. Нить находится в вакууме, поэтому вся подводимая энергия излучается в окружающее пространство. Температуру нити можно определить из закона изменения электросопротивления:
RТ = RK 1T TK, (1.21)
где RT – электросопротивление лампы в нагретом состоянии (при температуре Т), RK – электросопротивление лампы при комнатной температуре TK, – температурный коэффициент электросопротивления. Из (1.21) температура нити равна:
T = TK + (RT RK / RК . (1.22)
Энергетическая светимость нити по определению будет равна мощности (излучаемой энергии с единицы площади поверхности):
Rэ = Pл/S, (1.23)
где Pл– мощность, подводимая к лампе, S – площадь боковой поверхности нити.
Из (1.20) и (1.23) получается соотношение Pл/S= Аn, прологарифмировав, которое получим уравнение, выражающее зависимость мощности лампы от температуры нити накала:
lnPл = ln(АS) + nln = lnPo + nln. (1.24)
График зависимостиlnPл от ln будет представлять прямую линию (рис.1.9), тангенс угла наклона к оси абсцисс которой определяет значение показателя степени n и равен:
n = tg = lnPлln. (1.25)
Если ln = 0, то прямая пересекает ось ординат в точке lnPo, где Po=АS, откуда легко найти поглощательную способность или степень черноты вольфрамовой спирали:
А = Po/S. (1.26)
1.3.2. Порядок выполнения работы
1. Определить по термометру комнатную температуру Тк. При этой температуре измерить сопротивление нити накала.
ВНИМАНИЕ! Ввиду использованных в работе малых значений электросопротивлений нити при измерениях необходимо учитывать электросопротивление подводящих проводов!
Площадь боковой поверхности нити накала S, температурный коэффициент сопротивления и величина эталонного сопротивления Ro указаны на установке. Эти и другие необходимые постоянные величины записать в табл. 1.3.
Таблица 1.3
Тк, К |
S6, м2 |
Rо, Ом |
10-3, К-1 |
108, Втм-2К-4 |
|
|
|
4,7 |
5,67 |
2. Включить установку в сеть. Изменяя реостатом свечение нити лампы от минимального до максимального, измерить Uo и Uл в 8–10 точках. Выключить установку.
3. Для каждой измеренной точки рассчитать ток лампы Iл, сопротивление нити RT, а также мощность излучения Рл и записать результаты в табл.1.4.
Таблица 1.4
№ п/п |
U0, В |
Uл, В |
Iл, А |
RT, Ом |
Pл, Вт |
lnPл |
T, K |
lnT |
1 ... 10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
4. По формуле (1.22) рассчитать температуру нити Т для каждой измеренной точки. С помощью микрокалькулятора или таблиц десятичных логарифмов определить lnPл и ln для каждой точки. Записать результаты в табл. 1.4.
5. По полученным результатам построить график зависимости функции lnPл=f(ln). По графику определить значение показателя степени n = tg.
6. Используя график и формулу (1.26), определить поглощательную способность или коэффициент черноты вольфрамовой спирали А