![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Излучение нечерных тел
Все тела при любой температуре излучают электромагнитные волны, длины которых заключены в диапазоне от 0 до
Если нагретые тела поместить в адиабатическую оболочку (рис.1), то с течением времени система необратимо перейдет в состояние термодинамического равновесия, в результате которого температуры у всех тел выровняются, а полость будет заполнена хаотическим излучением. В этом излучении будут представлены всевозможные направления, частоты и виды поляризации. Состояние равновесия этого излучения с веществом универсально, в том смысле, что определяется только температурой и от природы тел не зависит. Из этой универсальности следует закон Кирхгофа. Т.к. тело находится в равновесии с излучением, то энергия, излучаемая телом должна равняться поглощаемой им или Функция Здесь h =6, 62·10-34 Дж·с – постоянная Планка, К = 1, 38·10-23 Дж/град - постоянная Больцмана, С = 3·I08 м/с – скорость света в вакууме, Т - абсолютная температура. Функция Этот закон экспериментально был открыт Вином до открытия формулы Планка. Определяя по формуле Планка интегральную испускательную способность, получим или R*=σ T4, где σ = Интегральная испускательная способность пропорциональна 4-ой степени температуры. Это закон Стефана- Больцмана. Для нечерного тела где k - некоторая постоянная, не зависящая от температуры, а n - показатель степени для нечерного тела. При высоких температурах тела и низких (комнатных) температурах окружающей среды можно считать, что вся электрическая энергия, выделенная в проводнике по закону Джоуля-Ленца, идет на излучение. Поэтому можно записать
где Т - температура тела, S - площадь его поверхности. Учитывая закон Ома, можно записать: Если α = 1/273, то приближенно можно воспользоваться формулой R т = R0 (1 +1/273t) = 1/273 R0 (273 + t)= α R0T, т.е. Подставим в формулу (а) Для определения показателя степени n прологарифмируем это выражение lg (J·U)=n(lg (U/J)+lg (1/R0α)+lg kσ S. В случае постоянства n оно может быть определено как тангенс угла наклона графика
Упражнение 1.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ СТЕПЕНИ n ТЕМПЕРАТУРЫ В ФОРМУЛЕ ЭНЕРГИИ, ИЗЛУЧАЕМОЙ НЕЧЕРНЫМ ТЕЛОМ
Установка состоит из лампочки накаливания, амперметра, вольтметра, автотрансформатора, включенных по схеме, приведенной на рис.1. Для поддержания температуры баллона лампочки накаливания приблизительно постоянной, лампочка погружена в сосуд с водой.
Рис.1
Порядок опыта
1. Соберите схему, как указано на рисунке. 2. При помощи автотрансформатора изменяйте напряжение на лампочке от 110 до 220 В через каждые 10 В. Величину тока и напряжение запишите в таблицу.
3. постройте график
4. Определите n как tg угла наклона графика.
Упражнение 2.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НИТИ ЛАМПОЧКИ НАКАЛИВАНИЯ
По мере возрастания температуры любого накаленного тела яркость его свечения увеличивается, а цвет изменяется, т.е. излучение накаленного тела изменяется в зависимости от температуры как количественно, так и качественно. Для непосредственного изменения температуры исследуемого тела в данной работе использован пирометр с " исчезающей" нитью. Оптический пирометр с " исчезающей" нитью состоит из нескольких частей: 1. Оптическая система-зрительная труба, содержащая объектив ОБ, окулятор-ОК, монохроматический (красный) светофильтр, который позволяет рассматривать в лучах определенного света нить электрической лампочки на фоне изображения раскаленного тела. Кроме того, в оптическую схему входит ослабляющий светофильтр. 2. Фотометрическая или пирометрическая лампочка накаливания. Эта электрическая лампочка служит эталоном измеряемой яркостной температуры. Она помещается в зрительную трубу между фильтрами. Ее нить накаливания имеет дугообразную форму. 3. Электроизмерительный прибор - вольтметр магнитоэлектрический, включенный параллельно лампе. Он вмонтирован в пирометр для измерения напряжения на фотометрической лампе, изменяющегося в зависимости от тока накала нити лампы, а следовательно, и от температуры, равной при фотометрическом равновесии измеряемой температуре накаленного тела. Шкала имеет два предела измерений: от 800°С до 1400°С и от 1200°С до 2000°С. 4. Реостат, который вмонтирован в крышке корпуса.
В упражнении 2 требуется с помощью оптического пирометра измерить температуру накаленной нити электрической лампочки. После того, как собрана схема необходимо настроить оптический пирометр. Он должен располагаться на расстоянии 1 м от исследуемой лампы. В зрительной трубе пирометра при одном введенном светофильтре должен быть отчетливо видим фон раскаленной нити лампы. Это достигается путем настройки объектива. Далее путем настройки окуляра пирометра, надо добиться, чтобы дугообразный волосок наложился на фон раскаленной нити исследуемой лампы и был также отчетливо виден. Пирометр включается в сеть с напряжением 220 В через трансформатор типа " Гном". Глядя на исследуемую лампу через пирометр, выводим реостат пирометра на столько, чтобы накал волоска лампы и фон накаленного волоска исследуемой лампы были одинаковы. При малых яркостях вводится только красный светофильтр и отсчет производится по верхней шкале. При больших яркостях вводятся оба светофильтра и отсчет производится по нижней шкале. Измерение температуры следует начинать при слабом красном свечении нити исследуемой лампы. С помощью автотрансформатора изменяют напряжение, изменяется ток в лампе. Данные заносим в таблицу.
Оптический пирометр проградуирован на температуры абсолютно черного тела. Для реального физического тела измеряется не действительная, а фиктивная температура, до которой надо нагреть абсолютно черное тело, для того, чтобы его монохроматическая яркость в лучах выбранного цвета была равна соответствующей фактической яркости реального физического тела. Эту фиктивную температуру называют черной монохроматической яркостной температурой. От этой фиктивной всегда можно перейти к действительной температуре расчетным путем, или используя график. В полученную температуру для каждого случая вносим положительную поправку по кривой, прилагаемой к работе. В заключение необходимо построить график зависимости сопротивления исследуемой лампы от действительной температуры.
|