МУ - К-62 (1003921), страница 3
Текст из файла (страница 3)
По результатам измерений строят графическую зависимость lg Utherm от lg T(рис.5). Если на опыте выполняется степенная зависимость (15), то экспериментальные точкина графике будут ложиться на прямую линию, как показано на рис. 5. Используя построенный график, находят приращения ∆(lg Utherm) и ∆(lg T), показанные на рис. 5, и вычисляютпоказатель степени n в законе Стефана-Больцмана для вольфрамовой лампы накаливания:13n = ∆(lg Utherm) / ∆(lg T).(17)ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ1. Выполнение лабораторной работыЗадание 1. Ознакомление с лабораторной установкой.Основными элементами лабораторной установки являются лампа накаливания, источник питания лампы, тепловой приемник и три измерительных прибора (см. рис.
4). Лампаи приемник должны быть установлены на оптической скамье.Для измерения силы тока лампы и напряжения на лампе используются мультиметрытипа Peac Tech 2010 DMM, для которых ниже приведено описание.Выходное напряжение приемника Utherm необходимо измерять значительно более чувствительным мультиметром AM-1109. Мультиметр имеет два канала измерений. В работеиспользуют канал «CH1». Красная клемма приемника должна быть соединена с гнездом«UΩ», а черная клемма – с гнездом «com» мультиметра.Порядок выполнения задания.1.
Проверить установку деталей на оптической скамье. Стеклянный тепловой фильтр,прилагаемый к приемнику, должен быть снят. На корпус приемника должна быть надетадлинная черная трубка (бленда) для уменьшения засветки. Прямые солнечные лучи не должны падать на приемник. Расстояние между блендой и лампой должно составлять примерно10 см. Осевая линия приемника должна быть направлена точно на нить лампы, а нить лампыперпендикулярна этой оси. Все стопорные винты должны быть подтянуты.2. Проверить соответствие электрического монтажа схеме на рис. 6.
Источник ИСТпитания лампы имеет несколько выходных гнезд. Лампа питается переменным напряжением,снимаемым с гнезд «0…15 V~». Напряжение можно плавно изменять от 0 до 15 В, вращаяручку 1. Вокруг ручки нанесены две шкалы напряжений – внешняя шкала 0…15 V~ для переменного напряжения и внутренняя шкала 0…10 V = для постоянного напряжения.К амперметру А провода должны быть подключены к гнездам «20 А» и «com» (см.рис. 6). Поворотный переключатель амперметра должен быть установлен в положение «20А».К вольтметру для измерения напряжения лампы провода должны быть соединены сгнездами «com» и «UΩHz». Поворотный переключатель вольтметра должен быть установленв положение «20 V».3.
ВНИМАНИЕ ! В лабораторной установке используется лампа накаливания на но-минальное напряжение 6 В. При этом она подключена к регулируемому источнику питания,14напряжение которого можно увеличивать до 15 В. При предельных напряжениях лампа перегорит. Необходимо внимательно следить за напряжением на лампе, используя вольтметр ишкалу на источнике питания. Линия, нанесенная на ручке регулировки напряжения, недолжна заходить за точку 2 на шкале (см. рис. 6).
Этой точке соответствует напряжение примерно 8 В по внешней шкале.10512Power0…12 V= 0…15 V∼5A5ADC150V∼12 V=6 V∼max. 6A max. 6AACAC∼A20A∼VcomcomUΩЛРис. 6.Монтажная схема питания лампы и измерения напряжения и силы тока.4. Повернуть ручку 1 регулировки напряжения на «нуль» (см. рис. 6).5. Включить питание мультиметров для измерения напряжения и тока лампы, нажавклавишу «power».6. В мультиметрах для измерения напряжения и тока нажать клавишу «AC/DC» дляустановки режима измерения переменных токов. При этом на индикаторе приборов долженбыть символ «~» или AC.7. В мультиметре для измерения напряжения приемника установить правый поворот-ный переключатель из положения «OFF» (выключено питание) в положение «=mV» для измерения малых постоянных напряжений в единицах мВ. При этом должен включиться индикатор.158. ВНИМАНИЕ! Пригласить дежурного по лаборатории инженера для проверки пра-вильности подготовки установки к работе.
Пробное включение установки необходимо производить только совместно с инженером под его наблюдением.9. Подключить сетевой шнур источника питания лампы к сети. Включить сетевое пи-тание лампы выключателем, расположенным на задней стенке источника питания. При этомдолжен загореться световой индикатор «Power».10.
Медленно увеличивать напряжение на лампе, вращая регулятор напряжения 1 ис-точника питания (см. рис. 6). Следить за величиной напряжения, используя вольтметр ивнешнюю шкалу 0…15 регулятора напряжения. Установить для начала измерений ток лампы2 А (при этом напряжение на лампе примерно 1 В).Задание 2. Выполнение измерений.Порядок выполнения задания.1. Подготовить таблицу 1 для записи результатов измерений.Таблица 1Результаты измеренийI, АU, ВUtherm,R, ОмR / R0T, Кlg Tlg UthermмВПримечания.
1) Таблица содержит примерно 5…7 строк. 2) R0 =….2. Записать в примечания к табл. 1 значение сопротивления R0 данного экземпляра лампыпри нулевой температуре (приведено на установке).3. Записать в табл. 1 результаты измерения мультиметрами: напряжение U и силу тока Iлампы (для первого измерения примерно 2 А), напряжение приемника Utherm.4. Увеличить силу тока примерно на 0,5 А. Выждать не менее 2 минут, необходимых дляустановки теплового равновесия в лампе и в приемнике.
Измерить величины U, I и Utherm.Результаты измерений записать в табл. 1.5. Повторить измерения п. 4 при силе тока примерно равной 3 А, 4 А и 5 А. Результатыизмерений записать в табл. 1. При силе тока 5 А напряжение на лампе может составлять от 6до 7 В.6. Выключить установку. Регулятор напряжения источника питания повернуть на «нуль».Выключить сетевой тумблер источника питания, вытащить сетевую вилку из розетки. Выключить питание мультиметров.162. Обработка результатов измерений1. По результатам измерений силы тока и напряжения лампы (см.
табл. 1) вычислить позакону Ома (см. формулу (8)) сопротивление лампы R. Результат вычисления записать втабл. 1.2. Вычислить отношение R / R0, где R0 – сопротивление при нулевой температуре в шкалеЦельсия (приведено на установке).3. Вычислить по формуле (9) температуру нити лампы.4. Вычислить десятичные логарифмы lg T и lg Utherm.5. На большом листе миллиметровой бумаги построить графическую зависимость величи-ны lg Utherm от величины lg T (см. рис. 5).
Экспериментальные точки нанести на график отчетливо видимыми значками. Через экспериментальные точки провести наилучшую прямую.6. Если точки хорошо ложатся на прямую, то результаты опыта согласуются со степеннойзависимостью (см. формулу (15)).7. Используя построенный график, вычислить отношение n = ∆(lg Utherm) / ∆(lg T) (см.формулу (17) и пояснение на рис. 5). Значения ∆(lg Utherm), ∆(lg T) и n записать в табл. 2.Таблица 2Результаты определения показателя степени в законе Стефана-Больцмана для лампынакаливания∆(lg T)∆(lg Utherm)n8. Сделать выводы. Если полученное значение n отличается от n = 4 в законе Стефана-Больцмана, предложить возможные объяснения наблюдаемого отклонения.Контрольные вопросы1.
Что такое тепловое излучение?2. В чем состоят отличия теплового излучения от люминесценции?3. Что такое энергетическая светимость и спектральная плотность энергетической светимо-сти? Какая связь между ними?4. Какое тело является хорошей моделью АЧТ?5. Сформулируйте законы теплового излучения.6.
В чем состоит квантовая гипотеза Планка?7. Напишите выражения для энергии и импульса фотона.8. В чем состоят отличия теплового излучения реальных тел от излучения АЧТ ?17Список литературы1. Мартинсон Л.К., Смирнов Е.В. Квантовая физика. М.: Изд-во МГТУ, 2004. – 496 с.2.
Иродов И.Е. Квантовая физика. Основные законы. – М.: Лаборатория Базовых Знаний,2001 –272 с.3. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. М.: Высш. школа, 2000.4. Савельев И.В. Курс общей физики. В 3-х т. Т. 3. М.: Наука, 1987.5. Бураковский Т., Гизиньский Е., Саля А. Инфракрасные излучатели. Л.: Энергия, 1978.6. Криксунов Л.З. Справочник по основам инфракрасной техники. М.: Сов. радио, 1978.18Приложение 1Определение сопротивления R0 лампы при температуре 0 0СДля каждого экземпляра лампы необходимо измерить сопротивление R20 лампы прикомнатной температуре (примерно 20 0С). Для этого отключить лампу от рабочей схемы иприсоединить к гнездам «com» и «UΩ» мультиметра АМ-1109.
Измерение выполнять наканале CH-1. Сопротивление при нулевой температуре вычислить по формуле: R0 = 0,9 R20.Приложение 2ТермопараТермопара (термоэлемент) состоит из двух соединенных между собой разнородных металлических проводников. Типичная термопара, состоящая из двух специально подобранныхсплавов – хромеля и копеля, показана на рис. 7. Двумя медными проводниками термопарасоединена с милливольтметром мВ. Контакт а хромеля и копеля примыкает к нагреваемойпластинке теплового приемника и имеет его температуру t, а контакты бб с медными проводами примыкают к массивной пластинке с комнатной температурой t0.t0хромельtмедьмВбакопельt0Рис. 7Схема термопары (термоэлемента)Действие термопары основано на эффекте Зеебека: при различной температуре спаев a иб в цепи возникает термоЭДС, величина которой зависит только от температур горячего ихолодного контактов и от материалов проводников. При небольшой разности температур ∆t= t – t0, характерной для приемников излучения, термоЭДС Utherm = k3∆t.
Коэффициент k3 за-висит от материалов проводников и интервала температур. Например, для термопары хромель-копель при комнатной температуре k3 = 62 мкВ/К.В случае малой разности температур несколько термопар включают последовательнодля увеличения термоЭДС. В этом случае термоэлемент называют термостолбиком..
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
