Контрольні запитання

1. Яке світло називається поляризованим?

2. Що таке площина коливань і площина поляризації?

3. Чому природне світло неполяризоване?

4. Яким способом можна дістати поляризоване світло?

5. В чому полягає явище подвійного променезаломлення? Чим відрізняється промінь звичайний від незвичайного?

6. Пояснити явище подвійного променезаломлення.

7. Які речовини називаються оптично активними? Від чого залежить кут повороту площини поляризації в кристалах, чистих рідинах, розчинах?

8. Як пояснити обертання площини поляризації оптично-активними речовинами?

9. Для чого в експериментальній установці користуються бікварцом?

10. Чи залежить кут обертання площини поляризації від товщини бікварцу?

Лабораторна робота №5.7 Дослідження залежності енергетичної світності абсолютно чорного тіла від його температури та перевірка закону Стефана-Больцмана

Мета роботи: перевірити закон Стефана-Больцмана.

Теоретичні відомості

(теорію до даної роботи див. також у конспекті лекцій, §6.11)

Тепловим випромінюванням називається електромагнітне випромінювання, що зумовлене збудженням атомів та молекул тіла внаслідок їх теплового руху.

Інтенсивність теплового випромінювання характеризує величина потоку енергії (Ф). Потоком енергії називається енергія, котру випромінює поверхня тіла за 1 с.

. (1)

Потік енергії з одиниці поверхні тіла називається енергетичною світністю (інтегральна випромінювальна здатність).

. (2)

Потік енергії, віднесений до певного інтервалу довжин хвиль від до , буде , звідки

, (3)

де – спектральна густина енергетичної світності (спектральна випромінювальна здатність) тіла.

Енергетична світність зв'язана зі своєю спектральною густиною співвідношенням

. (4)

Планк, на основі квантових уявлень вивів аналітичний вираз функції . Ця функція отримала назву функції Планка (див. конспект лекцій). Інтегруючи функцію Планка по всьому спектру випромінювання, отримуємо закон Стефана-Больцмана: енергетична світність R абсолютно чорного тіла пропорційна четвертому степеню його температури:

. (5)

Опис установки

1. Установка складається з об'єкта дослідження (печі), вимірювального пристрою і термостовпчика, виконаних у вигляді конструктивно закінчених виробів, що встановлюються на лабораторному столі і сполучаються між собою з'єднувальними кабелями.

2. Піч є моделлю абсолютно чорного тіла і виконана як закрита термоізольована електропіч з отвором на передній стінці. У її склад входять нагрівальний пристрій, вбудований в теплозахисний корпус, термопара для вимірювання температури всередині печі контактним способом, регульоване джерело живлення, призначене для розігрівання печі до температури 800°С та регулювання швидкості нагрівання і вентилятори для охолодження печі.

На передній панелі об'єкта дослідження розміщені:

- отвір для виходу випромінювання печі;

вимикач "МЕРЕЖА", призначений для вмикання живлення печі (вмикання живлення відображається підсвічуванням перемикача);

вимикач "ВЕНТ.", - призначений для вмикання живлення вентиляторів при охолодженні печі (вмикання вентиляторів відображається світлодіодом, установленим над вимикачем "ВЕНТ.").

Примітка: у зв'язку з тим, що напруга живлення вентиляторів подається з вимірювального пристрою, робота печі можлива тільки при підключеному до неї та ввімкненому вимірювальному пристрою.

На верхній кришці розташована ручка регулювання швидкості нагрівання печі. Шкала, на верхній кришці подана в умовних одиницях швидкості нагрівання.

На задній панелі об'єкта дослідження розташовані роз'єм для підключення мережевого шнура і кабель з роз'ємом для підключення об'єкта дослідження до вимірювального пристрою.

Об'єкт дослідження за допомогою мережевого шнура підключається до мережі 220В, 50Гц.

3. Вимірювальний пристрій виконаний у вигляді конструктивно закінченого виробу. У ньому застосовані аналого-цифрові перетворювачі з індикацією і нормувальними підсилювачами для вимірювання й індикації температури печі і термо-е.р.с. термостовпчика.

На передній панелі вимірювального пристрою розміщені наступні елементи керування й індикації:

• індикатор мВ, призначений для індикації напруги термо-е.р.с. термостовпчика;

• індикатор °С, призначений для індикації температури в печі.

На задній панелі вимірювального пристрою розташований вимикач "МЕРЕЖА", мережевий шнур з вилкою і роз'єм для підключення об'єкта дослідження і термостовпчика.

Вимірювальний пристрій за допомогою мережевого шнура підключається до мережі 220В, 50Гц.

4. Термостовпчик є датчиком потоку випромінювання (потужності випромінювання) і має кабель для підключення його до вимірювального пристрою. За допомогою стійки термостовпчик установлюється на штативі. В якості термочутливого елемента застосовується батарея хромель-копелевих термопар.

5. Принцип дії установки оснований на лабораторному дослідженні моделі абсолютно чорного тіла (печі) методом вимірювання температури контактним і оптичним способами. За допомогою термопари контактним способом вимірюється температура в печі, а за допомогою термостовпчика вимірюється приріст потоку випромінювання (потужності випромінювання), що виходить з печі.

6. У процесі виконання лабораторної роботи знімається залежність термо-е.р.с. термостовпчика від температури печі при фіксованій відстані між термостовпчиком і вихідним отвором печі.

7. Режим роботи установки переривчастий, через кожні 2 години роботи робиться перерва на 15-20хв.

8. Категорично забороняється нагрівання печі до температури понад 850 °С та робота установки без нагляду.