МУ - К-11 (1003916), страница 2
Текст из файла (страница 2)
зависимости напряжения на лампе от силы тока (как будет видно из опыта, эта зависимость слабая; подумайте, в чем состоит причина). Для этого при различном сопротивлениипеременных резисторов измеряется пара напряжений U и U1. Из них получают все необходимыеданные: силу тока I, электрическую мощность лампы IU =U⋅U1/R1, ее сопротивление R=R1U/U1изменяющееся с нагревом, и температуру излучателя по формуле (9) или по графику, приложенному к установке.Дальнейшая обработка и анализ результатов проводятся по одному из трех вариантов. Вкаждом из них необходимо изучить зависимость потока излучения от температуры, определитьпостоянную σ, а также постоянную Планка по формуле (4), используя полученное значение σ.Студент выполняет вариант в соответствии с указанием в графике лабораторных работ.Параметры установки, которые студент сам не измеряет, приведены в паспорте установки.Вариант 1.
Анализ результатов основан на приближенном уравнении теплового баланса (5). Порезультатам измерений двух напряжений U и U1 необходимо вычислить все остальные величины, приведенные в табл. 1.U1, BU, BR=R1 U/U1, ОмT, K4T ,KТаблица 1IU =U⋅U1/R1 , ВтПостроить графическую зависимость IU от Т 4. Через точки на графике провести наилучшую "на глаз" прямую, проходящую также через начало координат. Сделать вывод о согласии опыта с (5). По формуле (5) вычислить σ, взяв отношение IU/Т 4 для какой-либо точки, лежащей на проведенной прямой.Вариант 2.
В отличие от предыдущего варианта, здесь используется более точное уравнение теплового баланса (8), которое запишем в виде:(10)IU-β(T - T0)=Sσ(T4 – T40).По результатам измерений U1 и U вычислить величины, приведенные в табл. 2. Построить графическую зависимость IU-β(T-T0) от T 4-T 40. Через точки на графике провести наилучшуюпрямую, проходящую через начало координат.
Сделать качественный вывод о степени согласияопыта с (10). По формуле (10) вычислить σ, подставив значения IU-β(T-T0) и T 4 – T 40 для некоторой точки на проведенной прямой.Таблица 2444U1, BU, B R, Ом T, KT - T 0 ,KIU, Bтβ(T-T0), ВтIU-β(T-T0), ВтВариант 3. В предыдущих вариантах мы исходили из предположения, что энергетическая светимость пропорциональна Т 4 и проверяли его на опыте. Поскольку это справедливо только длячерных и серых тел, здесь мы сделаем более общее предположение, что энергетическая светиnмость излучателя растет как степенная функция температуры М = σТ , причем показатель степени n определим из опыта. Для анализа результатов опыта используем модифицированноеуравнение (10), в котором опустим небольшую поправку на излучение окружающих тел:n(11)IU - β(T - T0)= SσT .Поток излучения, записанный в левой части (11), обозначим буквой Ф ; тогдаФ = S σT n.Прологарифмируем это выражение:(12)lgФ=lg(Sσ)+ n lgT.Опыт состоит в том, чтобы по результатам измерений U1 и U вычислить величины, указанные в табл.
3, и построить графическую зависимость lgФ от lgТ (рис. 3).Если окажется, что экспериментальные точки на графике мало отклоняются от прямойлинии, то предполагаемая степенная зависимость мощности излучения от температуры находитподтверждение. Из наклона прямой на построенном графике найти показатель степени, как отношение катетов треугольника (см. рис. 3) n=∆∆y/∆∆х, где ∆y и ∆х взять в единицах соответствующих координатных осей.
Затем вычислить σ по формуле (12), подставив в нее значения длякакой-либо точки проведенной прямой на графике.Таблица 3U, B U, B R, ОмT, KlgTIU,ВтlgФФ=IU-β(T-T0),Вт3. Порядок выполнения эксперимента1. Записать паспортные данные установки, приведенные на лабораторном макете.2. Цифровой вольтметр установить в режим измерения постоянного напряжения до 20 В с тремя значащими цифрами (например, 5,76 В).3. Включить тумблеры "Сеть" установки и вольтметра.4. Рассмотреть устройство лампы через лупу, встроенную в корпус установки.5. При максимальном токе можно заметить слабое красное свечение излучателя. Для этогонужно нажать кнопку "Ток", повернуть оба регулятора по часовой стрелке до конца, приблизить глаз вплотную к лупе и, защитив его от постороннего света, подождать, пока он привыкнетк темноте.6.
При выполнении измерений кнопку "Ток" можно на время отпустить. После нажатия кнопкиили изменения тока необходимо подождать примерно 20 с, чтобы установилось тепловое равновесие; тогда напряжение на лампе U перестанет изменяться.7. Выполнить основной опыт - снять зависимость напряжения на лампе U от силы тока, т.е. отU1. Для этого нажать кнопку "Ток", установить переключатель в положение "U1" и, пользуясьручками "Регулировка тока" (грубо и точно), установить по вольтметру необходимое значениеU1 и записать результат измерения в таблицу.
Затем, не меняя регулировку тока, установить"Переключатель вольтметра" в положение "U" и результат измерения U записать в таблицу.Проделать описанные измерения, изменяя U1 в пределах и с шагом, указанным в паспорте установки.8. По окончании измерений выключить кнопки "Сеть" установки и вольтметра.9. Обработать полученные данные, как было рекомендовано выше.10.
Проанализировать погрешности измерений. Поскольку излучатель не является абсолютночерным телом, результат измерения σ может быть занижен примерно на 15% (систематическаяпогрешность). Большой вклад в случайную погрешность дает погрешность ∆S измерения площади излучателя. Пренебрегая другими погрешностями измерений, получим формулы для вычисления погрешностей постоянных Стефана - Больцмана и Планкаσ=σ ∆S/S,∆h/h=∆σ/(3σ).Вычислить по данным формулам погрешности (значение ∆S дано в паспорте установки).
Результаты измерений представить в виде σ± ∆σ и h±∆h с указанием единиц измерения.11. Полученные значения сравнить с табличными: σ= 5,67·10-8 Вт⋅м -2⋅К - 4; h= 6,626·10-34 Дж⋅с.Сделать вывод о том, согласуются ли результаты опыта с учетом погрешностей с табличнымзначениями.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ1. Что такое тепловое излучение и каким законам оно подчиняется?2. В чем состоит методика изучения закона Стефана - Больцмана в данной работе?3. Какой физический смысл имеет уравнение (8)?СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1. Детлаф А.А., Яворский Б.М.
Курс физики. В 3-х т. М. : Высшая школа, 1979. Т.З.2. Савельев И.В. Курс общей физики. В 3-х т. М. : Наука,1979. Т.З.3. Криксунов Л.З. Справочник по основам инфракрасной техники. М.: Сов. радио, 1978..
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
