Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство морского и речного транспорта

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ГОСУДАРСТВЕННАЯ МОРСКАЯ АКАДЕМИЯ

имени адмирала С.О. Макарова

филиал в городе Архангельске

АРКТИЧЕСКИЙ МОРСКОЙ ИНСТИТУТ

имени В.И. Воронина

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 342

по курсу Физики

Исследование излучения лампы накаливания

Выполнил:

студент 1 курса АМИ

Данилюк Дмитрий Юрьевич

№ зачетной книжки: А- 8126674 Проверил:

Преподаватель: Махин В.Э.

Архангельск 2012

Исследование излучения лампы накаливания

Цель работы: изучение законов излучения абсолютно черного тела, определение характеристик теплового излучения лампы накаливания.

Описание установки и методики измерений.

Для определения значений коэффициентов β и n необходимо измерить количество излучаемой энергии и температуру излучателя.

И злучателем является вольфрамовая нить лампы накаливания. Лампа Л (рис.3) подключена к цепи переменного тока. Напряжение на лампе и накальный ток регулируются потенциометром П и измеряются, соответственно, вольтметром V и амперметром А.

По измеренным значениям напряжения U и силы тока I рассчитывается электрическое сопротивление R вольфрамовой нити:

(2)

Считая, что в данном диапазоне температур сопротивление лампы зависит от температуры по линейному закону:

,

и зная сопротивление лампы при температуре 0ºС R₀ = 50 Ом и термический коэффициент сопротивления вольфрама α = 4,5·10^-3 1/град определяется температура нити накаливания по шкале Цельсия:

(3)

Абсолютная температура (по шкале Кельвина):

(4)

Приемником излучения является термостолбик. Это неселективный преобразователь энергии излучения в электрическую энергию. Термостолбик ТС подсоединен к микроамперметру μА. Значение термотока i, генерируемого термостолбиком, не зависит от спектрального состава падающего на него излучения, а определяется только количеством падающей лучистой энергии W:

i ~ W (5)

При стационарном режиме излучения количество лучистой энергии пропорционально энергетической светимости:

W ~ R (6)

Из (5) и (6) следует, что ток, генерируемый термостолбиком, пропорционален энергетической светимости. Поэтому соотношение (1) можно преобразовать в степенную зависимость:

(7)

и свести исследование излучения лампы накаливания к нахождению значений коэффициентов β₀ и n.

Для удобства нахождения коэффициентов β₀ и n выражение (7) логарифмируют, превращая степенную зависимость в линейную:

(8)

Проведя через экспериментальные точки прямую в координатных осях (рис.4) и взяв координаты двух точек и , лежащих на прямой, можно рассчитать значение коэффициента n (угловой коэффициент прямой):

(9)

Значение коэффициента β₀ рассчитывается при вычисленном n и известных значениях :

(10)

(11)

Характеристики измерительных приборов:

Амперметр с = 0,1 А/дел.; с_макс. = 1,0 А; ∩; 1,5; ; 5кВ.

Вольтметр с= 0,2 В/дел.; смакс. = 2,0 В;

Резистер

Микроамперметр

Термометр

Теоретические положения.

Все нагретые тела (с температурой Т > 0К) являются источниками электромагнитных волн. Электромагнитное излучение, испускаемое веществом, называется тепловым или температурным . Оно зависит только от температуры и оптических свойств излучающего тела.

Теплообменом излучением (радиационным теплообменом) называется самопроизвольный процесс передачи теплоты от более нагретого тела к менее нагретому телу за счет теплового излучения и поглощения электромагнитных волн этими телами.

Теплое излучение – единственное, которое может находиться в термодинамическом равновесии с веществом. При равновесии расход энергии тела на тепловое излучение компенсируется поглощением телом такой же энергии падающего на него излучения. Равновесное излучение устанавливается в адиабатически замкнутой системе. Такая система не обменивается теплотой с окружающей средой. Все тела внутри такой системы в равновесном состоянии находятся при одной и той же температуре.

Характеристики теплового излучения тела: