Перед началом измерений следует проверить, чтобы при установке в рейтерах на оптической скамье окошко с фильтрами перед селеновым фотоэлементом СФ, нить исследуемой лампы, входное окно и нить пирометра находились приблизительно на одной прямой.
Уберите фотоэлемент СФ с оптической скамьи. Подав на лампу СИ-6-100 небольшое напряжение, получите резкое изображение нити лампы в плоскости окуляра пирометра. Вращая ручку потенциометра ЛАТРа, медленно увеличивайте напряжение на лампе. Проведите измерения 5-7 различных напряжений, при которых сила тока в лампе меняется от 6,5 до 8,5 А.
При каждом измерении поступайте следующим образом:
– установив определенную силу тока, подождите 2-3 минуты, затем измерьте яркостную температуру вольфрамовой нити. Действительную температуру найдите по графику №1. Для каждого значения температуры исследуемой нити по графику №2 найдите значение Ат.
– поставьте фотоэлемент перпендикулярно свету, идущему от лампы и измерьте силу тока в цепи фотоэлемента при красном ( 610 нм) и синем ( 460 нм) освещении. Замену фильтров проводите поворотом рукоятки на насадке фотоэлемента. Во время измерений токов пользуйтесь различными пределами измерений микроамперметра.
|
|
Для каждого значения мощности, поглощаемой лампой, по формуле (4) вычислите постоянную Стефана-Больцмана. Площадь излучающей поверхности вольфрамовой ленты м2.
Данные измерений и вычислений I, U, iкр, iсин, ТЯ (К), ТЯ (°С), Т(К), А т занесите в таблицу 1. Коэффициент полного излучения А т как функция температуры дан на графике в Приложении. Рассчитайте среднее значение σ. Взяв табличное значение постоянной Стефана-Больцмана, оцените точность проведенных измерений.
ТАБЛИЦА 1.
№№ | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
I (A) | 6,5 | 6,8 | 7,2 | 7,6 | 8,0 | 8,3 | 8,6 |
U (B) | |||||||
ТЯ (С) | |||||||
ТЯ (К) | |||||||
Т (K) | |||||||
А т | |||||||
эксперим. | |||||||
iкр (делений) | |||||||
iсин (делений) | |||||||
= iкр / iсин |
Задание 2. ОЦЕНКА ВЕЛИЧИНЫ ПОСТОЯННОЙ ПЛАНКА.
Оценку величины постоянной Планка проводите для температур в диапазоне от 1400 К до 1700 К. При более низких температурах пирометр дает большую погрешность, а при более высоких - может перегореть эталонная лампа.
Рассчитайте по формуле (9) величину , не зависящую от температуры, при этом примите и .Значения остальных констант возьмите из физических справочников.
Используя результаты измерений, полученные в задании 1, вычислите по формуле (8) величину постоянной Планка для пяти комбинаций температур, при которых проводились измерения (например, 3-7; 4-7; 5-7; 3-6; 4-6). Обратите внимание: с ростом температуры отношение = iкр / iсин должно уменьшаться; те столбцы таблицы 1, для которых это не выполняется, не могут быть использованы для вычисления постоянной Планка. Данные вычислений занесите в таблицу 2.
|
|
ТАБЛИЦА 2.
пары | 3-7 | 4-7 | 5-7 | 3-6 | 4-6 |
1/Т1, К-1 | |||||
1/Т2, К-1 | |||||
h |
Зная табличное значение постоянной Планка, оцените точность полученных результатов.
Вопросы и упражнения
1. Что понимают под термином тепловое излучение? Сформулируйте основные законы теплового излучения.
2. Найдите интегральную лучеиспускательную способность абсолютно черного тела, находящегося при температуре 20°С.
3. Какую температуру должно иметь абсолютно черное тело, чтобы максимум лучеиспускательной способности ε 0(λ, Т) соответствовал «красной» области спектра видимого излучения?
4. Применим ли закон смещения Винако всем излучающим телам?
5. Начертите график, показывающий распределение энергии в спектре излучения абсолютно черного тела. Как изменится этот график с увеличением температуры?
6. Какие гипотезы использовал Планк при выводе формулы для лучеиспускательной способности абсолютно черного тела?