- •Описание установки и методики измерений.
- •Теоретические положения.
- •Энергия, излучаемая всей поверхностью тела s за единичный интервал времени во всем интервале длин волн - поток излучения или мощность излучения:
- •Энергия, излучаемая единицей поверхности тела за единичный интервал времени во всем интервале длин волн – плотность потока излучения или энергетическая светимость:
- •Пример расчета
- •Ответы:
- •Закон Кирхгофа для теплового излучения.
- •Энергетическая светимость ачт , численно равная площади под кривой спектра, в соответствии с законом Стефана – Больцмана, пропорциональна абсолютной температуре в четвертой степени:
- •Эмпирические законы излучения абсолютно черного тела.
- •Квантовая гипотеза Планка.
- •Задача: абсолютно черное тело с площадью излучения 1 см2 за одну минуту излучает энергию 100 кДж. На какую длину волны приходится максимум спектральной лучеиспускательной способности тела?
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.; смакс. = 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: