Из этого выражения следует, что показатель преломления жидкости 
является функцией только предельного угла 
, так как 
и 
суть величины постоянные. На практике эта формула используется для градуировки шкалы рефрактометра.
Экспериментальная часть
Рефрактометр используется для быстрого определения показателя пре-
ломления жидкостей, взятых в небольших количествах, показатель преломления которых лежит в пределах 1,3 – 1,7.
Оптическая схема интерферометра приведена на рисунке 3.
Свет, отразившись от зеркала 1, проходит осветительную призму 2, тонкий слой жидкости и измерительную призму 3. Затем через защитное стекло 4 и компенсатор дисперсии 5 попадает в объектив 6, проходит через призму полного отражения 7, пластинку с перекрестьем 8 и через окуляр зрительной трубы 9 попадает в глаз наблюдателя. Шкала прибора освещается с помощью зеркала и проецируется системой призм в фокальной плоскости окуляра, так, что в поле зрения одновременно видны граница света и тени, перекрестье и шкала. Для нахождения границы раздела света и тени и совмещения ее с перекрестьем измерительную головку можно вращать вокруг горизонтальной оси с помощью винта, находящегося на лицевой панели прибора.
1. Расположите осветитель так, чтобы свет падал на зеркало подсветки
шкалы и на грань осветительной призмы. Вращая окуляр, фокусируют
шкалу и визирное перекрестье.
2. Отведите вверх верхнюю часть измерительной головки с осветитель-
ной призмой и нанесите на полированную грань измерительной приз-
мы 2 – 3 капли дистиллированной воды. После этого поставьте освети-
тельную призму на место. Исследуемая жидкость должна занимать весь
зазор между гранями призм.
3. Вращая ручку поворота измерительной головки, добейтесь появления
в поле зрения границы светлого и темного полей. Окраска границы раз-
дела устраняется компенсатором.
4. Совместите границу раздела с перекрестьем и запишите соответст-
вующие этой наводке отсчеты по шкале концентраций и показателя
преломления.
5. Производите измерения концентрации и показателя преломления всех
растворов известной концентрации и постройте график зависимости
показателя преломления от концентрации сахара.
6. Определите показатель преломления раствора неизвестной концентра-
ции и по графику определите его концентрацию.
Вопросы к защите работы:
1. Законы отражения света.
2. Законы преломления света. Показатель преломления.
3. Полное отражение. Предельный угол полного отражения.
4. Ход лучей в треугольной призме. Световоды.
Задачи для самостоятельного решения:
1. Луч света выходит из скипидара в воздух. Предельный угол полного отраже-
ния для этого луча равен 
. Определить показатель преломления
скипидара.
2. Человек с лодки рассматривает предмет, лежащий на дне водоема.
Определить его глубину, если при определении «на глаз» по вертикальному
направлению глубина водоема кажется равной 1,5 м.
3. Предельный угол полного отражения на границе стекло – жидкость равен
. Определить показатель преломления жидкости, если показатель пре-
ломления стекла равен 1,5.
Лабораторная работа № 9
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ СТЕФАНА-БОЛЬЦМАНА И ПОСТОЯННОЙ ПЛАНКА
Цель работы: знакомство с оптическими методами измерения температуры и
определение постоянной Стефана – Больцмана и постоянной
Планка.
Оборудование: пирометр с исчезающей нитью, источник тока, лампа
накаливания, регулятор напряжения однофазный.
Теоретическое введение
Излучение тел, обусловленное их нагреванием, называется тепловым излучением. Тепловое излучение совершается за счет энергии теплового движения молекул и свойственно всем телам при температуре выше 
. Тепловое излучение имеет сплошной спектр, положение максимума которого зависит от температуры излучающего тела. При повышении температуры максимум смещается в область более коротких длин волн. Тепловое излучение единственный вид излучения, который может быть равновесным.
Количественной характеристикой теплового излучения служит излучательная способность (энергетическая светимость) 
- мощность излучения с единицы поверхности тела.
Способность тел поглощать падающее на них излучение характеризуют поглощательной способностью 
, которая показывает, какая доля энергии, приносимой на единицу площади поверхности, поглощается телом.
Тело, способное поглощать все падающее на него излучение при любой температуре, называется абсолютно черным телом. Для абсолютно черного тела 
=1. Наряду с понятием абсолютно черного тела используется понятие серого тела – тела, поглощательная способность которого меньше единицы, но одинакова для всех частот и зависит только от температуры тела, материала и состояния поверхности тела.
Согласно закону Стефана-Больцмана энергетическая светимость абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры 
, где 
- постоянная Стефана – Больцмана.
Для серого тела закон Стефана-Больцмана записывается в виде 
, где 
- коэффициент серости.
По закону смещения Вина, длина волны, на которую приходится максимум спектральной плотности излучательности абсолютно черного тела, обратно пропорциональна абсолютной температуре тела 
, где 
- постоянная Вина.
Объяснить законы теплового излучения в рамках классической физики было невозможно.
Для объяснения законов теплового излучения М. Планк предположил, что атом излучает энергию отдельными порциями (квантами), энергия которых пропорциональна частоте излучения, т. е. 
, где 
- постоянная Планка.
Используя статистические методы и представления о квантовом характере излучения света, М. Планк вывел для универсальной функции Кирхгофа формулу 
, которая хорошо согласуется с экспериментальными данными. Из формулы Планка, зная 
и 
можно определить 
.
Для измерения температуры раскаленных самосветящихся тел, удаленных от наблюдателя, нельзя пользоваться обычными методами, основанными на применении термометров расширения, термометров на сопротивлении и т. д.
В этих случаях о температуре тела можно судить только по его излучению. Совокупность методов измерения высоких температур, основанных на использовании законов теплового излучения, называется оптической пирометрией. Приборы, применяемые для этой цели, называются пирометрами.
В зависимости от того, какой закон теплового излучения используется при измерении температуры тел, различают радиационную, цветовую и яркостную температуру.
1. Радиационная температура. В этом случае регистрируется энергетическая светимость тела и по закону Стефана-Больцмана вычисляется температура тела 
. Так как реальные тела не являются абсолютно черными, то истинная температура тела всегда выше радиационной. Из закона Стефана-Больцмана для серых тел 
. Так как 
, 
.
2. Цветовая температура. Зная длину волны 
соответствующую максимальной спектральной плотности излучательности исследуемого тела, можно по закону смещения Вина определить температуру тела 
, которая называется цветовой температурой. Цветовая температура равна истинной.
3. Яркостная температура. Температура абсолютно черного тела при которой для определенной длины волны его спектральная плотность излучательности равна спектральной плотности излучательности исследуемого тела, называется яркостной температурой. Яркостная температура всегда ниже истинной температуры.
В настоящей работе определяется яркостная температура. Для этой цели используется пирометр с исчезающей нитью. Принципиальная схема прибора изображена на рисунке 1. С помощью объектива 5 изображение светящейся поверхности исследуемого тела совмещается с плоскостью нити накала фотометрической лампы 4. Нить и изображение тела рассматриваются через окуляр 1 и светофильтр 3, пропускающий свет с длиной волны 
= 660 нм.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 |
Основные порталы (построено редакторами)