Яркость нити можно регулировать путем изменения идущего по ней тока с помощью реостата, ручка которого выведена в виде кольца 2 вокруг окуляра.
При измерениях ток через нить подбирается так, чтобы она не была видна на фоне поверхности исследуемого тела, т. е. чтобы спектральные плотности излучательности нити и исследуемого тела были равны для монохроматического света с длиной волны 
.
Шкала амперметра пирометра предварительно градуируется по излучению абсолютно черного тела. Поэтому с помощью такого пирометра можно определить яркостную температуру тела.
Если излучение происходит в среде, температура которой 
, то поток энергии, излучаемой телом в единицу времени вследствие излучения, будет равен
, (1)
где 
– температура тела, 
– площадь его поверхности.
В качестве теплового излучателя в данной работе берется вольфрамовая нить лампочки накаливания, нагреваемая электрическим током. Для поддержания температуры нити постоянной к ней подводится мощность 
. Часть этой мощности отводится в виде тепла, вследствие теплопроводности среды, а остальная компенсирует излучаемую мощность. И поэтому мы можем записать 
, где 
- коэффициент, учитывающий потери энергии на теплопроводность. Приравнивая правые части выражений можно получить:
, (2)
где 
– напряжение на лампе, 
– сила тока в ней, – температура нити, измеренная пирометром (яркостная температура).
В данной задаче, как показывает опыт, можно считать, что 
и тогда из полученного выражения можно найти, что
, (3)
где – яркостная температура, - комнатная температура, – площадь нити накаливания лампы, и – напряжение на лампе и сила тока в ней.
Зная постоянную Стефана – Больцмана 
и постоянную Больцмана 
можно определить постоянную Планка:
, (4)
где 
скорость света в вакууме, 
- постоянная Больцмана.
Экспериментальная часть
1. Включите установку в сеть и подайте на лампу напряжение 60 – 80 В.
2. Сфокусируйте изображение нити накала фотометрической лампы.
Убедитесь в том, что изображение нити фотометрической лампы на-
кладывается на изображение нити накаливания исследуемой лампы.
3. Нажав кнопку К и вращая кольцо пирометра подберите ток в фотомет-
рической лампе так, чтобы ее изображение исчезало бы на фоне нити
исследуемой лампы.
4. По шкале пирометра определите яркостную температуру нити накали
вания лампы. Результаты измерений занесите в таблицу.
5. Изменив напряжение на лампе, повторите измерения не менее трех раз.
Таблица
№ № |
| Т, К |
|
|
|
|
|
1. 2. 3. |
, К
6. По формуле (3) рассчитайте постоянную Стефана – Больцмана, а затем
по формуле (4) - постоянную Планка.
7. Найдите среднее значение постоянной Стефана – Больцмана и постоян-
ной Планка. Рассчитайте погрешность измерения.
Вопросы к защите работы:
1. Что называется тепловым излучением? Его свойства.
2. Что называется потоком излучения?
3. Что такое энергетическая светимость?
4. Что такое абсолютно черное тело?
5. Правило Прево. Закон Кирхгофа.
6. Закон Стефана – Больцмана.
7. Закон смещения Вина.
8. Формула Планка.
9. Оптическая пирометрия.
Задачи для самостоятельного решения:
1. Длина волны, на которую приходится максимум энергетической светимости
абсолютно черного тела, равна 0,58 мкм. Определить энергетическую свети-
мость тела.
2. Поток излучения абсолютно черного тела равен 10 кВт, максимум спек
тральной плотности энергетической светимости приходится на длину волны,
равную 0,8 мкм. Определить площадь излучающей поверхности.
3. Определите коэффициент серости тела, для которого температура, измерен-
ная радиационным пирометром равна 1400 К, тогда как истинная температу
ра тела равна 3200 К.
ЛИТЕРАТУРА
1. В. Курс общей физики, т. 2. М.: Наука.- 2008 .
2. И. Курс физики. М.: Высшая школа.- 2010.
3. Волькенштейн B. C. Сборник задач по общему курсу физики. М.: Наука.-1999.
4. И. Сборник задач по курсу физики. М.: Высшая школа.- 2002.
5. Г., А. Задачник по физике. М.: Высшая школа.-2001 .
6. В., А. Руководство для самостоятельной работы по
физике студентов технических специальностей. Ставрополь, Агрус.-2004
7. П., И. Оптика и строение атома.
Ставрополь, Агрус.- 2006
ПРИЛОЖЕНИЯ
Основные и дополнительные единицы СИ
Таблица 1.
Величина | Наименование | Обозначение |
Основные | ||
Длина Масса Время Сила электрического тока Термодинамическая температура Сила света Количество вещества | метр килограмм секунда ампер кельвин кандела моль | м кг с А К кд моль |
Дополнительные | ||
Плоский угол Телесный угол | радиан стерадиан | рад ср |
Греческий алфавит
Таблица 2.
Печатная буква | Название | Печатная буква | Название |
Αα Ββ Γγ Δδ Εε Ζζ Ηη Θθ Ιι Κκ Λλ Μμ | альфа бета гамма дельта эпсилон дзэта эта тэта йота каппа ламбда мю | Νν Ξξ Οο Ππ Ρρ Σσς Ττ Υυ Φφ Χχ Ψψ Ωω | ню кси омикрон пи ро сигма тау ипсилон фи хи пси омега |
Предельный угол внутреннего отражения, град
Таблица 3.
Вода | 49 |
Глицерин | 43 |
Этиловый спирт | 47 |
Данные относятся к оптической границе указанная среда – воздух.
Константы
Таблица 4.
Скорость света в вакууме | с = 299792458 м/с |
Постоянная Авогадро | NA = 6,022·1023 моль-1 |
Молярная газовая постоянная | R = 8,31 Дж/(моль·К) |
Постоянная Больцмана | k = 1,38·10-23 Дж/К |
Элементарный заряд | e = 1,601892·10-19 Кл |
Масса покоя электрона | me = 9,1·10-31 кг |
Удельный заряд электрона | e/me = 1,76·1011 Кл/кг |
Масса покоя протона | mp = 1,007276470 а. е.м. |
Масса покоя нейтрона | mn = 1,008665012 а. е.м. |
Электрическая постоянная | ε0 = 10-9/36π Ф/м |
Магнитная постоянная | μ0 = 4π·10-7 Гн/м |
Постоянная Стефана-Больцмана | σ = 5,67·10-8 Вт/(м2·К4) |
Постоянная смещения Вина | b = 2,9·10-3 м·К |
Постоянная Планка | h = 6,63·10-34 Дж·с |
Число «пи» | π = 3,14159… |
Основание натуральных логарифмов | e = 2,71828… |
Связь десятичного и натурального логарифмов | ln a lg a 0,43 ln a |
8,84 Ф/мПоказатель преломления (n)
Таблица 5.
Алмаз | 2,417 |
Вода | 1,333 |
Водород | 1,000138 |
Воздух | 1,000292 |
Кислород | 1,000272 |
Лед | 1,31 |
Оксид углерода | 1,000334 |
Сахар | 1,56 |
Этиловый спирт | 1,362 |
Стекло: легкий крон тяжелый флинт | 1,51 1,77 |
Углекислый газ | 1,000450 |
Данные относятся к желтой линии D натрия (λ=589,3 нм), для газов они указаны при нормальных условиях.
Приближенное значение интервала длин волн для основных цветов видимого спектра, нм
Таблица 6.
Красный | 760-620 |
Оранжевый | 620-590 |
Желтый | 590-560 |
Зеленый | 560-500 |
Голубой | 500-480 |
Синий | 480-450 |
Фиолетовый | 450-380 |
Фотометрические величины
Таблица 7.
Наименование величины | Определяющее уравнение | Единица измерения | |
1 | Световой поток |
| лм – “люмен” |
2 | Сила света точечного источника |
| кд=лм/ср – “кандела” или “люмен” на “стерадиан” |
3 | Светимость протяженного источника |
| лм/м2 – “люмен” на “квадратный метр” |
4 | Яркость протяженного источника света |
| кд/м2 – “кандела” на “квадратный метр” |
5 | Освещенность поверхности |
| лк=лм/м2 – “люкс” или “люмен” на “квадратный метр” |
Относительная диэлектрическая проницаемость (ε)
Таблица 8.
Вода | 81 |
Воск | 2,8-2,9 |
Глицерин | 43 |
Кровь | 85 |
Масло касторовое | 4,5-4,8 |
Парафин | 2 |
Слюда | 7,5 |
Спирт | 26 |
СОДЕРЖАНИЕ
Введение | 3 | |
Лабораторная работа № 1. | Определение фокусного расстояния и оптической силы собирающей и рассеивающей линз | 4 |
Лабораторная работа № 2. | Интерференция света | 8 |
Лабораторная работа № 3. | Дифракция света | 12 |
Лабораторная работа № 4. | Дифракционная решетка | 15 |
Лабораторная работа № 5. | Изучение фотоэффекта | 17 |
Лабораторная работа № 6 . | Определение длины световой волны с помощью дифракционной решетки | 20 |
Лабораторная работа № 7. | Проверка закона Малюса | 22 |
Лабораторная работа № 8. | Определение показателя преломления раствора сахара и его концентрации в растворе с помощью рефрактометра | 25 |
Лабораторная работа № 9. | Определение постоянной Стефана - Больцмана и постоянной Планка | 29 |
Литература | 34 |
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 |
Основные порталы (построено редакторами)