Работа 9 определение постоянной стефана-больцмана и постоянной планка

Цель работы: знакомство с оптическими методами измерения температуры и определение постоянной Стефана – Больцмана и постоянной Планка.

Принадлежности: пирометр с исчезающей нитью, источник тока, лампа накаливания, регулятор напряжения однофазный.

Контрольные вопросы

1. Что называется тепловым излучением? Его свойства.

2. Что называется потоком излучения?

3. Что такое энергетическая светимость?

4. Что такое абсолютно черное тело?

5. Правило Прево. Закон Кирхгофа.

6. Закон Стефана – Больцмана.

7. Закон смещения Вина.

8. Формула Планка.

9. Оптическая пирометрия.

Введение

В настоящей работе определяется яркостная температура. Для этой цели используется пирометр с исчезающей нитью. Принципиальная схема прибора изображена на рисунке 1. С помощью объектива 5 изображение светящейся поверхности исследуемого тела совмещается с плоскостью нити накала фотометрической лампы 4. Нить и изображение тела рассматриваются через окуляр 1 и светофильтр 3, пропускающий свет с длиной волны = 660 нм.

Я ркость нити можно регулировать путем изменения идущего по ней тока с помощью реостата, рачка которого выведена в виде кольца 2 вокруг окуляра.

При измерениях ток через нить подбирается так, чтобы она не была видно на фоне поверхности исследуемого тела, т.е. чтобы спектральные плотности излучательности нити и исследуемого тела были равны для монохроматического света с длиной волны .

Шкала амперметра пирометра предварительно градуируется по излучению абсолютно черного тела. Поэтому с помощью такого пирометра можно определить яркостную температуру тела.

Если излучение происходит в среде, температура которой , то поток энергии, излучаемой телом в единицу времени вследствие излучения, будет равен

, 1.9

где Т – температура тела, S – площадь его поверхности.

В качестве теплового излучателя в данной работе берется вольфрамовая нить лампочки накаливания, нагреваемая электрическим током. Для поддержания температуры нити постоянной к ней подводится мощность . Часть этой мощности отводится в виде тепла, вследствие теплопроводности среды, а остальная компенсирует излучаемую мощность. И поэтому мы можем записать

, 2.9

где - коэффициент, учитывающий потери энергии на теплопроводность. Приравнивая правые части выражений 1.9 и 2.9 можно получить:

, 3 .9

где U – напряжение на лампе, I – сила тока в ней, Т – температура нити, измеренная пирометром (яркостная температура).

В данной задаче, как показывает опыт, можно считать, что и тогда из выражения 3.9 можно найти

, 4.9

где Т – яркостная температура,

- комнатная температура,

S – площадь нити накаливания лампы,

U и I – напряжение на лампе и сила тока в ней.

Зная постоянную Стефана – Больцмана и постоянную Больцмана можно определить постоянную Планка

, 5.9

где - скорость света в вакууме,

- постоянная Больцмана.

Выполнение работы.

Включить установку в сеть и подать на лампу напряжение 60 – 80 В.

Сфокусировать изображение нити накала фотометрической лампы. Убедиться в том, что изображение нити фотометрической лампы накладывается на изображение нити накаливания исследуемой лампы.

Нажав кнопку К и вращая кольцо пирометра подобрать ток в фотометрической лампе так, чтобы ее изображение исчезало бы на фоне нити исследуемой лампы.

По шкале пирометра определить яркостную температуру нити накаливания лампы. Результаты измерений занести в таблицу 1.

Изменив напряжение на лампе, повторяют измерения не менее трех раз. Таблица 1.

№ №	, К	Т, К
1. 2. 3.

1. По формуле 4.9 рассчитать постоянную Стефана – Больцмана, а затем по формуле 5.9 постоянную Планка.

2. Найти среднее значение постоянной Стефана – Больцмана и постоянной Планка. Рассчитать погрешность измерения.

Решить задачи.

1. Длина волны, на которую приходится максимум энергетической светимости абсолютно черного тела, равна 0,58 мкм. Определить энергетическую светимость тела.

2. Поток излучения абсолютно черного тела равен 10 кВт, максимум спектральной плотности энергетической светимости приходится на длину волны равную 0,8 мкм. Определить площадь излучающей поверхности.

3. Определить коэффициент серости тела, для которого температура, измеренная радиационным пирометром равна 1400 К, тогда как истинная температура тела равна 3200 К.

Содержание

Стр.

Работа 1. Определение фокусного расстояния и оптической силы

собирающей и рассеивающей линз ……………………………. 1

Работа 2. Интерференция света ……………………………………………… 4

Работа 3. Дифракция света……………………………………………………. 7

Работа 4. Дифракционная решетка…………………………………………… 11

Работа 5. Изучение фотоэффекта …………………………………………….. 13

Работа 6. Определение длины световой волны с помощью дифракционной

решетки……………………………………………………………… 16

Работа 7. Проверка закона Малюса…………………………………………… 19

Работа 8. Определение показателя преломления раствора сахара

и его концентрации в растворе с помощью рефрактометра ИРФ - 22… 20

Работа 9. Определение постоянной Стефана – Больцмана и постоянной

Планка……………………………………………………………….. 22

27