Закон Вина

Немецкий физик В. Вин (в 1893г.) опираясь на законы термо – и электродинамики, установил зависимость длины волны λ_max, соответствующей максимуму функции Кирхгофа, от температуры Т.

где b=2,9·10^-3 м К – постоянная Вина приведена из опыта.

Закон Вина объяснил, почему при понижении температуры нагретых тел в их спектре все сильнее преобладает длинноволновое излучение (например, переход белого каления в красное при остывании металла).

Экспериментальная часть

Схема установки приведена на рис.1

рис.1

Модель абсолютно чёрного тела представляет собой электрическая печь А (рис.1) цилиндрической формы. Температуру абсолютно чёрного тела можно изменять в широком интервале приблизительно до температуры 1000˚С. Для измерения температуры служит термопара, В (рис.2), спай которой устанавливается в средней части внутреннего канала абсолютно чёрного тела (в печи). Свободные концы термопары соединяются с милливольтметром, проградуированным в °С (верхний прибор). Излучение, даваемое абсолютно чёрным телом, проходит через отверстие в диафрагме D и попадает на термоэлектрический столбик, К, который состоит из нескольких термоэлементов, соединённых последовательно. Каждый термоэлемент образован двумя очень тонкими проволочками из железа и константана. Термостолбик смонтирован таким образом, что все нечётные спаи находятся на поддерживающей его рамке, а все чётные спаи – в середине рамки. Рамка с термостолбиком помещена внутрь закрытого металлического кожуха, имеющего небольшое окно, через которое излучение попадает только на чётные спаи термостолбика (рис.3).

рис.2 рис.3

Свободные концы термостолбика соединены с гальванометром G (нижний прибор). Асбестовый экран S служит для того, чтобы направить излучение на термостолбик только в течение того времени, которое необходимо для отсчёта показаний гальванометра.

Полную энергию излучения R_Т абсолютно чёрного тела принимают пропорциональной отклонению стрелки гальванометра: таким образом, можно написать

, (1)

где N – отклонение стрелки гальванометра (в делениях шкалы);

k – некоторый коэффициент пропорциональности.

Формула верна для случая, когда температура окружающей среды равна абсолютному нулю. В действительности температура окружающей среды отлична от абсолютного нуля, поэтому (1) следует написать в виде:

(2)

где σ=5,67·10^-8 Вт/м²К⁴;

Т₁ и Т₀ – абсолютные температуры чёрного тела и окружающей среды.

Если измерять отклонения, даваемые гальванометром при двух различных температурах абсолютно чёрного тела Т₁ и Т₂, то на основании формул (1) и (2) можно написать:

(3)

В этом выражении и– значения энергии полного излучения абсолютно черного тела при абсолютных температурахТ₁ и Т₂, а N₁ и N₂ – соответствующие отклонения гальванометра.

Измеряя Т₁ и Т₂, а также N₁ и N₂ можно по формуле (3) определить относительную энергию абсолютно черного тела при различных температурах, т.е. проверить закон интегрального излучения.