Результат занести в табл.1.
(n - число опытов, равное шести; α - доверительная вероятность, которую принимаем равной 0,95), после чего вычислить абсолютную погрешность Δλα,n среднего арифметического значения длины волны света по формуле: 
Результат занести в табл.1.
Таблица 1.
№ п. п. | d мм | R мм | k | l мм | λi м | λср м | Δλi м | (Δλi)2 м2 | S м | Δλα,n м |
1 | 1 | |||||||||
2 | 2 | |||||||||
3 | 3 | |||||||||
4 | 1 | |||||||||
5 | 2 | |||||||||
6 | 3 |
λ = λср ± Дλα,n
При этом следует указать единицу измерения длины волны света, а также значения б и n.
Задание 2. Определение периода дифракционной решетки.
Заменить дифракционную решетку, которая использовалась при выполнении 1-го задания, на решетку, период которой необходимо определить. Значение длины волны света λср, которое было определено в 1-ом задании, а также величину R занести в табл.2. Обратить внимание на тот факт, что дифракционная картина на экране содержит центральный максимум и максимумы только первого порядка (k = 1). Измерить смещение l максимума первого порядка относительно центрального максимума (результат занести в табл.2). Выполнить измерения согласно пункту 2 для двух других расстояний дифракционной решетки от экрана R. Результаты занести в табл.2. Используя данные табл.2 λср, R, k и l, по формуле (7) вычислить период решетки di (результат занести в табл.2). Вычислить среднее арифметическое значение периода решетки dср (результат занести в табл.2). Найти абсолютные погрешности Δdi (данные занести в табл.2). Вычислить абсолютную среднеарифметическую погрешность среднего арифметического значения периода решетки по формуле: 
Результат занести в табл.2.
d = dср ± Дdср [ мм ]
Таблица 2.
№ п. п. | λср мм | R мм | k | l мм | di мм | dср мм | Δdi мм | Δdср мм |
1 | 1 | |||||||
2 | 1 | |||||||
3 | 1 |
Лабораторная работа № 7
Определение постоянной Стефана-Больцмана
Приборы и принадлежности: Оптический пирометр, источник питания пирометра, миллиамперметр, лампа накаливания, лабораторный автотрансформатор, амперметр, вольтметр.
Цель работы: 1.Ознакомление с законами теплового излучения. 2.Экспериментальное определение постоянной Стефана-Больцмана.
Теория метода.
Все тела при любой температуре излучают электромагнитные волны за счет своей внутренней (тепловой) энергии. Такого рода излучение называется тепловым. Спектр теплового излучения является сплошным (непрерывным). Это означает, что тела излучают электромагнитные волны с разными длинами (соответственно, разными частотами), значения которых лежат в непрерывном интервале от 0 до ∞ .
В теории теплового излучения используется понятие абсолютно черного тела, которое при любой температуре полностью поглощает энергию падающего на него электромагнитного излучения любой частоты.
Основными характеристиками теплового излучения являются:
Спектральная излучательная способность тела rλ,T. Она равна энергии, которая излучается с единицы поверхности тела в единицу времени при испускании электромагнитных волн, длины которых лежат в бесконечно малом интервале от λ до λ + dλ. Величина rλ,T является функцией длины волны и температуры. Интегральная излучательная способность (энергетическая светимость) тела RT. Она равна энергии, которая излучается с единицы поверхности тела в единицу времени при испускании электромагнитных волн, длины которых лежат в интервале от нуля до бесконечности. Отсюда следует, что: 
(1)
Согласно закону Стефана-Больцмана энергетическая светимость абсолютно черного тела RT прямо пропорциональна абсолютной температуре в четвертой степени:
, (2)
где σ - постоянная Стефана-Больцмана, равная 5,67⋅10-8 Вт/(м2⋅К4).
Одной из главных задач теории теплового излучения было теоретическое нахождение функциональной зависимости спектральной излучательной способности абсолютно черного тела rλ,T от длины волны (или частоты) излучаемых электромагнитных волн и температуры. Эта задача была решена М. Планком в 1900 году на основе квантовой теории излучения, согласно которой энергия, испускаемая атомами нагретого тела, излучается не непрерывно, а отдельными порциями – квантами электромагнитного излучения. Причем, энергия одного кванта излучения равна:
, (3)
где ν и λ - соответственно частота и длина волны электромагнитного излучения, с – скорость света в вакууме, h – постоянная Планка.
Исходя из этой гипотезы, Планком была получена формула зависимости спектральной излучательной способности абсолютно черного тела rλ,T от длины волны излучения λ и температуры Т. Графически эта зависимость представлена на рис.1.
Как видно из рис.1, с повышением длины излучаемых электромагнитных волн λ величина rλ,T, характеризующая энергию излучения, сначала повышается, достигая максимума при определенном значении длины волны λm, а затем медленно убывает, ассимптотически приближаясь к оси абсцисс. Значение λm уменьшается с ростом температуры тела согласно закону смещения Вина:
, (4)
где b – постоянная Вина.
Следует отметить, что тепловое излучение является равновесным. Поясним это следующим образом. Возьмем несколько тел, имеющих разную температуру, и поместим их в адиабатную (теплоизолирующую) оболочку. Каждое из тел будет излучать энергию в виде электромагнитных волн и поглощать ее от других тел. Спустя некоторое время установится такое состояние, при котором каждое из тел будет излучать столько же энергии с единицы площади
в единицу времени, сколько поглощать ее.
Рис.1. Зависимость спектральной излучательной способности абсолютно черного тела от длины волны при разных температурах.
В основе данной лабораторной работы лежат закон Стефана-Больцмана [равенство (2)] и закон сохранения энергии. Применим эти законы к излучающему нагретому телу, в качестве которого используется нить лампы накаливания с площадью поверхности S.
При прохождении электрического тока через нить она накаляется до температуры Т. Cогласно закону Стефана-Больцмана нагретая нить за время t будет излучать энергию, равную:
(5)
Потеря нитью этой энергии компенсируется энергией W2 , которую нить получает за счет работы, совершаемой электрическим током. Согласно закону Джоуля-Ленца:
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 |
