Приемник обладает почти равной чувствительностью в диапазоне длин волн 2 – 20 мкм. Величина напряжения сигнала на выходе фотоприемника пропорциональна величине

падающей на фотоприемник плотности светового потока Ф( ,Т), а значит, и ( ,Т) (т.к. Ф( ,Т) = ( ,Т)·S, где S - площадь излучаемой поверхности, которая в нашем случае

постоянна. Таким образом, показания цифрового индикатора вольтметра, выражаемые в вольтах, пропорциональны величине спектральной плотности энергетической светимости

( ,Т). В данной работе измеряется не абсолютное значение , а величина напряжения U

пропорциональная .

Нихромовый излучатель можно считать серым телом, его спектральный коэффициент излучения слабо зависит от длины волны. Поэтому форма кривой ( ,T ) практически

соответствует форме кривой, описываемой функцией Планка при той же температуре. Построив кривые для различных температур, возможно осуществить проверку выполнения законов Вина и Стефана-Больцмана следующим образом.

Из экспериментально полученных кривых определяют длины волн max, для которых величина максимальна. Используя закон Вина, рассчитывают температуру излучателя по

формуле

Тэксп = b/ max ,

(11)

где b=2,898·10-3 м·к - постоянная Вина, и сравнивают полученное с заданными в задании NR.

Для проверки закона Стефана-Больцмана

I = Т4 ,

где = 5,670·10-8Вт/Н2·К4 - постоянная Больцмана, необходимо определить площади S, ограниченные кривыми ( ,Т) и осью абсцисс, и проверить справедливость соотношений

	S1/T14= S2/T24 = S3/T34	(12)	UE,
другой стороны,	можно экспериментально измерить величину	напряжения
пропорциональную	I = U ( ,T )d ,

для 3-х температур (в этом случае вместо узкополосного фильтра установлен нейтральный

ослабитель, 8-е окно), и проверить справедливость соотношений
.	UE1		UE 2		UE 3	const	(13)
	T 4		T 4		T 4
	1		2		3

Задания и порядок выполнения работы

ВНИМАНИЕ! Прежде чем включить установку, убедитесь, что все кнопки находятся в отжатом положении. Затем нажать кнопку "Сеть" и кнопку "Т1". Выждать 15 минут, что необходимо для прогрева установки, после чего приступить к выполнению измерений.

Задание 1

1.Поворотом рукоятки, по часовой стрелки, установить в рабочее положение фильтр 1.

2.Включить двигатель модулятора, нажав кнопку "Модулятор" (до окончания измерений не выключать).

3.Выждать 10-15 с, пока показания цифрового индикатора не установятся, и снять показания. Если на индикаторе высвечивается информация 1 (после запятой цифра не светится), то следует нажать кнопку "Диапазон" (при этом показания индикатора следует увеличить в три раза).

4. Последовательно, осуществляя смену фильтров, снять показания и заполнить табл. 2. Провести не менее трёх измерений для каждого фильтра. Определить среднее значение.

Таблица 2

(мкм)	2,08	2,50	3,20	3,90	4,54	6,20	8,50	UЕ (Т1)(В)
U ( ,Т1)(В)
среднее

При величине показаний цифрового вольтметра меньших 2 В лучше работать на диапазоне 1. В положении 8 блока фильтров вместо узкополосного фильтра устанавливается нейтральный ослабитель, что позволяет измерить величину UЕ, пропорциональную энергетической светимости E в интервале длин волн от 2 до 20 мкм.

5. Повторить измерения для температуры Т2, нажав кнопку "Т2" (при этом светодиод против кнопки "Т1" должен погаснуть), а затем для температуры Т3. Результаты измерений занести в табл. 3,4, аналогичные табл. 2. После перехода к новой температуре выждать 5 минут до начала проведения измерений.

6. Построить графики зависимостей U ( ,T) для трех температур. Графики строить

только на миллиметровой бумаге, выбрав масштаб по оси длин волн 1 мкм - 20 мм, а по оси напряжений 1 В - 50 мм. В интервале длин волн 2,0 мкм и 7,5 мкм изобразить ход кривых и убедиться в их соответствии с теоретическими положениями.

7. Нажатием кнопки "Модулятор" отключить двигатель и излучатель от блока питания. Выключить установку нажатием кнопки "Сеть".

Задание 2. Проверка справедливости закона Вина

1.Определить из графика U ( ,Т ) величины max для трёх температур.

2.Вычислить по формуле (11) значение Tэксп.

3.Сравнить полученные результаты с заданными величинами температур: Т1 = 900 К ,

Т2 = 740 К , Т3 = 630 К . Вычислить отклонения экспериментальных данных от заданных в процентах. Сделать выводы.

Задание 3. Проверка справедливости закона Стефана-Больцмана

1. Определить графически (или рассчитать на микроЭВМ), площади S, ограниченные осью абсцисс и кривыми ( ,Т ) для трех температур.

2.Проверить выполнение соотношений (12).

3.Вычислить величины отклонений отношений (12) от среднего значения в процентах. Сделать выводы.

4. Используя экспериментально измеренные значения U (Т = const) из табл. 2-4 и заданных температур излучателя, проверить выполнение соотношений (13).

5.Контрольные вопросы

1.Какова природа теплового излучения?

2.Что такое АЧТ и каким законам подчиняется его излучение?

3.Что такое серое тело?

4.Каким образом можно установить, описывается ли тепловое излучение нихромовой спирали функцией Планка?

5.Используя выражение для функции Планка, оценить долю энергии излучения, приходящего на интервалы длин волн 0-2 мкм и 7,5-10 мкм.

Литература (1, 7, 11, 13, 14).