№ 165 (1107960)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени М. В. ЛомоносоваФизический факультеткафедра общей физики и физики конденсированного состоянияМетодическая разработкапо общему физическому практикумуЛаб. работа № 165ИЗМЕРЕНИЕ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР СПОМОЩЬЮ ОПТИЧЕСКОГО ПИРОМЕТРА СИСЧЕЗАЮЩЕЙ НИТЬЮСоставил описание доцент Пахомов А.С.Москва 2012 г.Подготовил методическое пособие к изданию доц. Авксентьев Ю.И.3ИЗМЕРЕНИЕ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР С ПОМОЩЬЮОПТИЧЕСКОГО ПИРОМЕТРА С ИСЧЕЗАЮЩЕЙ НИТЬЮЦелью настоящей работы является:1.Измерение яркостной температуры вольфрамовой спирали лампынакаливания при разной величине подводимой к ней мощности и последующееопределение истинной температуры спирали.2.Определение приближенного вида зависимости суммарной испускательнойспособности вольфрама от его истинной температуры.3.

Наблюдение изменения оптического спектра твердого тела при измененииего температуры.Краткое теоретическое введение *)ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ§1. Закон КиргофаСогласно классической электронной теории, заряженные частицы,входящие в состав атомов и молекул, образуют колебательные системы –осцилляторы, испускающие при колебаниях электромагнитные волны.

Длятого, чтобы возбудить колебания осцилляторов, требуется сообщить им какимлибо способом энергию. Самым распространѐнным способом возбужденияосцилляторов является сообщение им энергии за счѐт теплового движениячастиц вещества. Получающееся при этом излучение называется тепловым(температурным) излучением.

Так как частицы вещества находятся внепрерывном тепловом движении, то любые тела всегда испускают тепловоеизлучение – совокупность электромагнитных волн со всевозможнымичастотами.Тепловое излучение характеризуют величиной потока энергии dФ , т.е.энергией, испускаемой каким-либо участком поверхности тела в единицувремени (иначе говоря, световой мощностью). Поток энергии измеряется вваттах (в отличие от светотехники, где он оценивается по зрительномувпечатлению и измеряется в люменах).Опыт показывает, что тела, хорошо испускающие тепловое излучение,одновременно хорошо поглощают его.

Было установлено также, чтоколичество испускаемой и поглощаемой телом энергии существенно зависит отдвух параметров: от температуры тела Т и от частоты (или длины волны ),испускаемых или поглощаемых электромагнитных волн. Таким образом, потокэнергии является функцией температуры тела и частоты излучения.Поэтому в дальнейшем мы будем обозначать его dФ ,T .*) Теоретическое введение к лабораторной работе написано доц.

Пустоваловым Г.Е.4Выберем из излучения лишь ту часть, которую несут волны с частотами,лежащими в спектральном интервале отдоd . Испускательнойспособностью E ,T тела при температуре Т для частотымы будемназывать отношение потока энергии, испускаемого единицей поверхности телав этом спектральном интервале, к величине спектрального интервала, т.е.Е,ТdФd,Т.(1)Пусть на поверхность тела, имеющего температуру Т , падаютэлектромагнитные волны, частоты которых лежат в спектральном интервале отдоd и которые несут поток энергии dФпад . Некоторая часть dФпогл этогопотока поглощается телом, остальная же часть потока отражается.Поглощательной способностью А ,Т тела для этого интервала частот приданной температуре мы будем называть отношение величины поглощаемогопотока к величине падающего, т.е.А ,ТdФпогл.dФпад(2)Эту величину называют также коэффициентом поглощения.

Величина А ,Тпо определению представляет собой правильную дробь, которая в зависимостиот природы тела, его температуры Т и частоты падающего излучения можетпринимать все значения от нуля до единицы. Для идеально отражающего тела,которое вообще не поглощает падающий на него световой поток, А ,Т 0 . Тело,которое поглощает целиком падающий на него поток в любом интервалечастот при любой температуре, называется абсолютно чѐрным телом.

Длянего А ,Т 1 . Тело, для которого А ,Т постоянная величина, не зависящая от и, называется серым.Используя весьма общие свойства термодинамических систем, Кирхгофустановил закон, связывающий между собой испускательную ипоглощательную способности любых тел: отношение испускательнойТспособности тела к его поглощательной способности не зависит отприроды тела и представляет собой универсальную для всех тел функциючастоты излучения и температуры. Пусть испускательные способности телЕ (1,)Т , Е ( 2,Т) , Е (3,Т) , ...

, испускательная способность абсолютно чѐрного тела E ,T , апоглощательные способности этих тел соответственно А(1,)Т , А( 2,Т) , А(3,Т) , ... и 1 (дляабсолютно чѐрного тела). Тогда закон Кирхгофа можно выразить следующейматематической формулой:Е (1,)ТА(1,)ТЕ ( 2,Т)А( 2,Т)Е (3,Т)А(3,Т)...,Т1f ( ,T ) .(3)Здесь f ( ,T ) - функция частоты и температуры, которая, как следует из этойформулы, совпадает с зависимостью испускательной способности,Табсолютно чѐрного тела от и Т .5Отсюда можно сделать заключение об особой роли испускательнойспособности абсолютно чѐрного тела в изучении закономерностей тепловогоизлучения.

Во-первых, если известны испускательная способность абсолютночѐрного тела и поглощательная способность какого-либо тела, то легко найтииспускательную способность этого тела. Это существенно, так какпоглощательная способность на опыте определяется намного легче, чемиспускательная. Во-вторых, испускательная способность абсолютно чѐрноготела не должна зависеть ни от каких свойств, кроме способности полностьюпоглощать падающее излучение. Поэтому как теоретическое, так иэкспериментальное исследование свойств теплового излучения можнопроводить на произвольной модели абсолютно чѐрного тела, лишь бы онополностью поглощало падающее излучение.§ 2. Излучение абсолютно чѐрного телаВ природе абсолютно чѐрных тел, строго говоря, нет.

Тела, наиболее близкие кабсолютно чѐрному (сажа, платиновая чернь), имеют поглощательнуюспособность около 0,99. На практике можно, однако, получить излучение,сколь угодно мало отличающееся от излучения абсолютно чѐрного тела. Встенке оболочки, образующей замкнутую полость, делается небольшоеотверстие (рис.

1). Луч света, попадающий в полость через отверстие, припадении на стенку полости, частично поглощается ею, частично отражается отнеѐ. Благодаря малой величине отверстия,перед тем как выйти из него наружу, лучпретерпевает большое число повторныхотражений,сопровождающихсяпоглощениями. В результате практическивесь свет любой частоты, попавший вотверстие, поглощается в полости.

Сталобыть, отверстие в оболочке представляетсобой участок поверхности абсолютночѐрного тела. Между отдельными частямиполостипроисходиттеплообмен,Рис. 1обусловленный как теплопроводностьютак и электромагнитным излучением. Еслиоболочка изолирована, то, согласно известным положениям термодинамики, вконце концов, устанавливается равновесие – температура всех частей оболочкистановится одинаковой, и в дальнейшем изменяться не будет. Параметры,характеризующие излучение в полости (плотность энергии, еѐ распределение вспектре), тоже станут постоянными. Таким образом, в полости, стенки которойнаходятся при некоторой температуре, устанавливается равновесноеизлучение, небольшая часть которого выходит из отверстия и представляетсобой излучение абсолютно чѐрного тела.Изменяя температуру полости и используя какое-либо спектральное6приспособление и приѐмник излучения, можно исследовать излучениеабсолютно чѐрного тела при разных температурах.

График найденной на опытезависимости испускательной способностиабсолютно чѐрного тела от,Тчастоты при постоянной температуре представляет собой кривую, имеющуюмаксимум при некоторой частоте и стремящуюся к нулю как при низких, так ипри высоких частотах (рис. 2).Стефан экспериментально и Больцман теоретически, на основетермодинамики, установили, что суммарная энергия всего спектраэлектромагнитных волн, излучаемых с единицы поверхности абсолютночѐрноготелавединицувремени(энергетическаясветимость),пропорциональна четвѐртой степени его абсолютной температуры.Математически закон Стефана-Больцмана можно записать в видеТ,ТdT4,(4)05,71 10 8 Вт / м 2 К 4гдефундаментальная постоянная СтефанаБольцмана.Вин, также пользуясь методамитермодинамики, нашѐл, что частота м аксили длина волнына которуюм акс ,приходится максимум испускательнойспособности абсолютно чѐрного тела,закономерно изменяется в зависимостиоттемпературы:приповышениитемпературы максимум испускательнойспособности смещается в область болееРис.

2коротких длин волн (более высокихчастот). Это положение носит название закона смещения Вина.Математическое выражение его имеет видм аксb,T(5)где b 2,90 10 3 K м . При теоретическом исследовании излучения абсолютночѐрного тела удобнее пользоваться частотой , а не длиной волны . При этомзакон Вина можно сформулировать следующим образом(6)b1T ,м акст.е.

частота м акс , при которой испускательная способность абсолютно чѐрноготела максимальна, пропорциональна абсолютной температуре. Здесьb1 3,69 1011 1 / K c .Поскольку большинство спектральных приборов проградуированы в длинахволн, то закон Вина мы проиллюстрируем графиком ,Т ( ) , изображѐнным нарис. 3. Расчѐт показывает, что при практически достижимых температурахмаксимум испускательной способности абсолютно чѐрного тела лежит в7инфракрасной области спектра. Например, при температуре 3000 К0,96 мкм .

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лабораторной работы