Савельев И. В. Курс общей физики icon

Савельев И. В. Курс общей физики


Смотрите также:
Савельев И. В. Курс общей физики. Том M: -наука, 1996. Глава 3, § 21,22,23,24. Трофимова Т. И...
Савельев И. В. Курс общей физики. Том M: -наука, 1996. Глава 10. Трофимова Т. И. Курс физики...
Савельев И. В. Курс общей физики...
Савельев И. В. Курс общей физики...
Савельев И. В. Курс общей физики: Учеб пособие для студентов втузов. 2-е изд. Т. 1-3...
План лекции учебные вопросы Третье начало термодинамики. Конденсированные состояния...
Методические указания по курсу общей физики Издательство...
Учебная программа Дисциплины р6 «Сканирующая зондовая микроскопия» по направлению 011800...
Курс прикладной физики на железной дороге «красный, желтый, зеленый»...
Задачи по курсу общей физики для студентов астрономического отделения. (1)...
Утвержда ю
Утвержда ю





Лабораторная работа 8.1.


ИЗУЧЕНИЕ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ МЕТОДОМ

НЕКОНТАКТНОЙ ТЕРМОМЕТРИИ

Литература


  1. Савельев И. В. Курс общей физики. – М.: Наука, 1989, т. 3, 304 с.

  2. Детлаф А. А., Яворский Б. М. Курс физики. – М.: Высшая школа, 1989, 608 с.

  3. Сивухин Д. В. Общий курс физики. Оптика. – М.: Наука, 1985, 744 с.

  4. Шпольский Э. В. Атомная физика. – М.: Физматгиз, 1974, т. 1, 524 с.


Цель работы – изучение теплового излучения и ознакомление с методами оптической пирометрии на примере определения температурной зависимости коэффициента поглощения нечерного тела.

Электромагнитное излучение, причиной которого является возбуждение атомов и молекул вещества вследствие его нагревания, называется тепловым или температурным излучением. Температурное излучение является универсальным свойством тел. Все тела, температура которых отлична от абсолютного нуля, непрерывно излучают лучистую энергию. Этот процесс сопровождается уменьшением внутренней энергии тела, вследствие чего тело остывает. Одновременно с излучением энергии происходит поглощение лучистой энергии, падающей на поверхность тела. Последний процесс приводит к увеличению внутренней энергии тела. Все окружающие нас тела находятся в лучистом теплообмене. Если один из процессов преобладает (излучение или поглощение), то температура тела изменяется. Если же оба процесса эквивалентны, то температура тела остается постоянной.

Состояние системы называется равновесным, если распределение энергии между телами и излучением остается неизменным во времени. Равновесность является основным условием теплового излучения.

Энергетической светимостью тела называется энергия, излучаемая с единицы площади поверхности излучающего тела в единицу времени во всем диапазоне частот. Излучательной способностью тела , или спектральной плотностью энергетической светимости, называется отношение энергетической светимости в интервале частот от до к ширине этого интервала .

(1)

Поглощательной способностью тела или коэффициентом поглощения называется отношение энергии, поглощаемой единицей площади поверхности тела в единицу времени в интервале частот от до , к энергии, падающей на эту площадку в единицу времени в том же частотном интервале:

(2)

, и зависят от температуры, а и - и от частоты излучения.

Тела, для которых , называются абсолютно черными.

Все реальные тела в зависимости от их излучательной и поглощательной способности можно разбить на две группы: селективные и серые. Селективными называются такие тела, у которых излучательная и поглощательная способность заметно изменяется с изменением длины волны излучения. Вообще говоря, излучение всех тел, существующих в природе, в той или иной степени является селективным. Степень селективности определяется отличием спектрального распределения излучательной способности тела от этого же распределения для абсолютно черного тела.

Спектр теплового излучения тел непрерывен и имеет ярко выраженный максимум, положение которого зависит от температуры. Спектральная зависимость , показанная на рис. 1, была получена экспериментально, затем (сначала эмпирически) была описана Планком:

. (3)

В
этой формуле впервые в истории физики была заложена идея квантов света, несущих энергию .

Излучательная способность серого тела подобна кривой для абсолютно черного тела (кривая 2 рис. 1). Основная особенность серых тел – независимость их коэффициента поглощения от частоты, т.е. коэффициент поглощения серого тела зависит только от температуры . Излучательную и поглощательную способность серых тел связывает с излучательной способностью абсолютно черного тела закон Кирхгофа:

. (4)

Законы Планка и Кирхгофа являются важнейшими для теплового излучения, законы Стефана-Больцмана и Вина – их следствия. В частности, по закону Стефана-Больцмана для серого тела интегральная излучательная способность

, (5)

где - коэффициент поглощения; ; Т – температура, К.


^ Описание метода

В данной работе в качестве источника теплового излучения используется ленточная вольфрамовая лампа СИ8-300I. Вольфрам не является идеальным серым телом, так как его поглощательная способность зависит от частоты. Поэтому при выполнении работы обязательно пользоваться светофильтром, в данном случае красным, максимум пропускания которого приходится на 6500.

Нагревание вольфрамовой ленты в лампе производится электрическим током от сети через понижающий трансформатор. Подводимая мощность, которая необходима для нагревания ленты до температуры от комнатной температуры :

. (6)

Здесь первое слагаемое – это интегральная излучательная способность, т.е. энергия, излучаемая в единицу времени с единицы площади, или мощность, излучаемая с единицы площади при температуре , второе слагаемое – то же при комнатной температуре ; ^ S – площадь излучающей поверхности вольфрамовой ленты.

Мощность N определяется ваттметром, включенным в цепь питания лампы (рис. 2).

Коэффициент поглощения из закона Кирхгофа (4):

. (7)

Температура вольфрамовой ленты измеряется пирометром РАПИР, принцип работы которого основан на сравнении яркости излучения исследуемого тела с яркостью нити пирометра, которая отградуирована по температуре. Равенство яркостей определяется на глаз. Оптическая система пирометра совмещает в одной плоскости нить пирометра и изображение вольфрамовой ленты (вертикально). Если в месте их пересечения горизонтальная полоса не видна на фоне вертикальной, то температура исследуемого тела равна температуре нити пирометра, которая указана на шкале прибора. Но это не истинная температура, а яркостная. Яркостная температура – это температура такого абсолютно черного тела, яркость которого такая же, как у серого тела. Яркостная температура всегда ниже истинной (энергетической) температуры тела. Связь их устанавливается формулой Планка.

Оптико-электрическая схема установки представлена на рис. 2. На этом рисунке 1– ленточная вольфрамовая лампа, ее лента накала – 2 – объект исследования ; 3 – оптический пирометр, состоящий из объектива – 4, с помощью которого производится фокусировка ленты накала в плоскости нити пирометра – 5; окуляр пирометра 6 – фокусирует изображение нити пирометра. В цепи накала пирометрической лампы включен амперметр, отградуированный по температуре. На приборе три шкалы температур: 1) 800 – 1400 ºС, 2) 1400 – 2000 ºС, 3) 2000 – 2800 ºС. Переключатель на верхней части кожуха пирометра.

Диапазон изменения температуры в данной работе от 900 до 1800 ºС, т.е. по первой и второй шкале температур.


^ П
орядок выполнения работы


1. Включить питание пирометра и ленточной лампы тумблера на верхней крышке ЛАТРа, при этом ручка ЛАТРа должна быть в крайнем положении против часовой стрелки.

2. Установить переключатель температурных шкал на шкалу 1 и по ней температуру 900 ºС на нити пирометра, вращая ручку пирометра справа на его кожухе.

3. Добиться четкого изображения нити настройкой окуляра.

4. Поставить красный светофильтр лимбом на окуляре пирометра.

5. Вращая ручку ЛАТРа, добиться, чтобы яркость вольфрамовой лампы сравнялась бы с яркостью нити пирометра, т.е., чтобы в месте скрещивания нить пирометра не была видна на фоне изображения ленты.

6. Записать показание ваттметра, определяющее излучательную способность вольфрама при данной температуре.

7. Поставить на пирометре температуру 1000 ºС, на 100 ºС большую предыдущей.

8. Повторить указанное в п. 5, 6.

9. Повторить указанное в п. 7, 8 до температуры 1800 ºС через каждые 100 ºС, перейдя после 1400 ºС на вторую температурную шкалу.

10. Перевести все значения яркостных температур в энергетические (по графику) и выразить их в градусах Кельвина.

11. Рассчитать для каждой температуры по формуле (7).

12. Рассчитать относительную ошибку измерения

% (6)

и , где и определяются как половина цены деления соответствующего прибора.

13. Определить ширину доверительного интервала (абсолютную ошибку) для при каждой температуре.

14. Построить график , отразив на нем доверительный интервал для каждого .

Таблица 1

, .



N, Вт





, К





1.




900













2.




1000













3.




1100













4.




1200













5.




1300













6.




1400













7.




1500













8.




1600













9.




1700













10.




1800


















Скачать 81,89 Kb.
оставить комментарий
Дата27.09.2011
Размер81,89 Kb.
ТипЛабораторная работа, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2014
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Документы

Рейтинг@Mail.ru
наверх