Виведення робочої формули

Якщо випромінювання розжареним до температури Т тілом відбувається у середовищі з температурою Т₀, то віддача тілом тепла через випромінювання у відповідності з законом Стефана-Больцмана буде визначатися формулою:

Q = σ() (4)

В даній роботі потрібно визначити сталу Стефана-Больцмана σ. За абсолютно чорное тіло умовно приймають волосину лампи розжарення ЛР.

Для нагрівання волосини, лампу розжарення ЛР вмикають в електричне коло випрямлювача В. Змінюючи реостатом величину струму в колі, отримують різний степінь розжарення волосини лампи. Потужність, споживана волосиною лампи, визначається ваттметром. За означенням енергетичної світности R_e – енергія, яку випромінює одиниця площі поверхні нагрітого тела за одиницю часу

(5)

Енергія, яку випромінює тіло за одиницю часу – це потужність випромінювання (6)

Тому потужність, яку випромінює волосина лампи розжарення, за законом Стефана-Больцмана можна визначити наступним чином:

P=σS()

де S – площа поверхні розжареної волосини лампи ЛР.

Теплове випромінювання завжди рівноважне, тобто кількість випроміненої тілом енергії дорівнює кількості поглинутої. Тому електрична потужність, поглинута лампою, дорівнює потужності, що випромінюється її волосиною. Тоді стала Стефана-Больцмана буде:

(8)

Волосина лампи не є абсолютно чорним тілом, тому для визначення дійсної температури волосини лампи Т потрібно ввести поправку Δt, яка визначається за графіком, наведеним на рис.2.

600 800 1000 1200 1400 t_v, ^oC

Рис.2. Графік для визначення поправки Δt до виміряного значення t_v

Дійсна температура волосини лампи розжарення визначається за формулою:

Т = [(t_v+Δt)+273], К (9)

Тут t_v - температура волосини, визначена оптичним пірометром.

5. Порядок виконання роботи

1. Ввімкнути випрямляч В у електромережу. Змінюючи напругу на ньому, встановити за ваттметром W потужністьь 15 Вт, споживану лампою ЛР.

2.Направити об’єктив пірометра на розжарену волосину лампи ЛР, та, пересуваючи тубус об’є ктива, встановити чіткість зображення волосини.

3.Ввімкнути ключ К та за допомогою повороту кільця реостату змінювати розжарення лампи доти, доки средня частина (вершина дуги) нитки Н лампи пірометра Л не зникне на фоні розжареної волосини лампи ЛР.

4.Провести відлік температури t_v розжареної волосини лампи ЛР за шкалою пірометра.

5.Визначити за графіком на рис.2. поправку Δt для даної температури, обчислити дійсну абсолютну температуру Т волосини лампи ЛР за формулою (9).

6.Значення температури волосини Т та кімнатної Т_о, а також потужності споживання лампи Р занести в таблицю 1. (Значення площі поверхні волосини лампи S наведено на вимірювальному пристрої).

7.Збільшити потужність, споживану лампою ЛР до 20 и 25 Вт, повторюючи кожен раз вимірювання t_v та обчислення температури Т волосини.

Таблиця 1.

№ п/п	Р, Вт	tv, °С	T0, K	Т, K	S, м^2	σ,		Δσ,
1	15
2	20
3	25
Середні значення							σср		Δσср

8. Підставити відповідні значення у формулу (8), обчислити значення сталої Стефана-Больцмана та занести у таблицю 1.

9.Обчислити абсолютні похибки кожного значення σ, усереднити їх, остаточний результат записати у вигляді:

σ_ист= σ_ср± Δσ_ср

6. Контрольні питання:

1.Яка природа теплового випромінювання? Який вигляд має його спектр?

2. Яка природа теплового випромінювання? Який вигляд має його спектр?

3. Дайте означення енергетичної світності нагрітого тіла.

4.Поясніть фізичний зміст випромінювальної та поглинальної здатностей тіл.

5.Яке тіло називаєтся абсолютно чорним?

6.Сформулюйте закон Стефана-Больцмана.

7.Які ще закони теплового випромінювання Ви знаєте?

8.У чому полягає головна відмінність теплового випромінювання від інших видів електромагнітних випромінювань?