№ 165 (1107960), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Параллельно лампе включен вольтметр V, который в комбинации самперметром дает возможность вычислять мощность, выделяемую в спиралилампы электрическим током. От того же понижающего трансформатора, которыйпитает исследуемую лампу, питается лампочка ЛОСВ освещающая шкалуспектроскопа.Конструкция спектроскопа прямого зрения достаточно подробно описана вкниге "Физический практикум" [под ред. В.И.Ивероновой, М.: Физматгиз, 1968,задача № 161]. В настоящей задаче спектроскоп применяется бездополнительных насадок на входную щель, в результате чего виден только одинспектр. Спектроскоп установлен на штативе с качающейся головкой,позволяющей легко наводить его на исследуемый объект.
Головка закрепляетсядлинной гайкой с насечкой. Для освещения шкалы спектроскопа в короткий еготубус вставлена насадка с призмой полного внутреннего отражения, благодарякоторой шкала освещается лампочкой, расположенной сбоку и не мешающейнаводке спектроскопа на объект. С помощью спектроскопа наблюдается спектртеплового излучения спирали исследуемой лампы.
При изменениях температурытела изменяется распределение энергии по спектру его излучения. Самымпростым способом качественного исследования этих изменений может служитьнаблюдение за положением видимой границы спектра со стороны коротких волн(фиолетовая граница спектра) при различных температурах, что и делается вданной задаче.Подготовка к измерениямВводят красный светофильтр 3 (рис.4) и нажимают кнопку 4 включенияприбора.
Наблюдая в окуляр нить эталонной лампы, вращением ручки 5 доводятнить до красного накала. Продольным перемещением окуляра 1 фокусируют нить,пока она не станет видна отчетливо. Затем кнопку включения отпускают.Установив наибольшее сопротивление реостата к в цепи исследуемой лампы(рис.5), включают в сеть ЛАТР. Постепенно уменьшают сопротивление реостата R,наблюдая одновременно в окуляр пирометра за спиралью исследуемой лампы.Когда она накалится до красного каления, продольным перемещением объективапирометра фокусируют его на спираль, пока она не станет резко видна в окуляр.Снова включают кнопку пирометра и проверяют, совпадает ли эталонная нить сизображением спирали.
Слегка меняя фокусировку объектива, можноликвидировать несовпадение, если оно имеется.Навести спектроскоп на спираль исследуемой лампы и, передвигая его постолу, а также пользуясь качающейся головкой, добиться яркого изображения12спектра в поле зрения спектроскопа. Поставить осветительную лампочку так,чтобы свет от нее падал на окошко короткого тубуса спектроскопа. Передвигаяосветительную лампочку и поворачивая тубус спектроскопа, добиться яркого ичеткого изображения шкалы на фоне спектра.ИзмеренияСтавят головку 7 переключателя диапазонов измерения пирометра вположение I, которому соответствует левая шкала прибора.Пользуясь реостатом R, устанавливают последовательно в цепи накалаисследуемой лампы значения силы тока I, указанные в табл.1.Таблица 1№1234567I(A)1.201.251.301.351.401.451.50Устанавливать табличные значения силы тока надо с точностью до 0,01 А, ноотсчитывать на амперметре установленные значения надо с максимальной,допускаемой амперметром точностью.
Одновременно отсчитывают показаниявольтметра V (с точностью до 0,05 В), соответствующие каждому установленномузначению силы тока. Отсчет значений силы тока I и напряжения V нужнопроизводить спустя 30-40 с после окончания перемещения движка реостата, когдарежим вполне установится. Значения I и V записывают в соответствующие графытаблицы 2.Таблица 2№I(A)V(B)W(Вт)tЯ(0С)tИ(0С)TИ(К)(мкм)1211.203ср1221,253ср12……3ср1271.503срПри каждом значении силы тока производят измерение яркостнойтемпературы tя спирали исследуемой лампы по шкале пирометра.
Для этогонажимают кнопку 4 и вращением ручки 5 изменяют яркость нити эталонной13лампы до тех пор, пока она не исчезнет на фоне спирали. Уравнивание яркостейнитей обеих ламп производится следующим образом. Сначала поворотом ручки5 добиваются того, чтобы нить эталонной лампы стала ярче спиралиисследуемой лампы. Затем, вращая ручку в обратном направлении, добиваютсятого, чтобы спираль стала ярче нити.
Проделывая такие вращения ручки 5 туда иобратно со все уменьшающимися углами поворота, в конце концов приходят ктакому среднему положению ручки, при котором яркости нити и спиралинеотличимы. При этом положении ручки 5 отсчитывает по шкале пирометразначение температуры с точностью до 10°. Так как нить эталонной лампыобладает тепловой инерцией, то вращение ручки 5 не следует делать слишкомрезко для того, чтобы к моменту сравнения яркостей успевал установитьсятепловой режим нити.Для каждого значения силы тока в цепи исследуемой лампы измерениятемпературы проводятся не менее трех раз. Результаты измерений записывают втабл.2 в столбец tя.
Когда в процессе измерения будет достигнута температураспирали исследуемой лампы, превышающая предел шкалы I, необходимоголовку 7 переключателя диапазонов переставить в положение II и проводить ипроводить отсчет по средней шкале пирометра.После того, как закончены трехкратные измерения температуры спиралиисследуемой лампы при данном значении силы тока в ней, наблюдают вспектроскоп ее спектр и записывают в последний столбец табл.2 длину волны ,соответствующую коротковолновой (фиолетовой) границе спектра (шкаласпектроскопа проградуирована в микрометрах).Примечание. Наблюдение спектра и заполнение последнего столбцатабл.2 можно делать и после того, как закончено измерениетемпературы спирали исследуемой лампы для всех значений силы тока,устанавливая те же значения силы тока заново.Обработка результатов измерения1.
По формуле w = IV вычисляют (с точностью до 0,1 Вт) мощность,потребляемую спиралью исследуемой лампы при каждом значении температурыспирали. Результаты расчета записывают в табл.2.2. Для получения истинной температуры tи спирали исследуемой лампы (вградусах Цельсия) к найденным на опыте значениям яркостной температуры tяприбавляют поправкуt, найденную при помощи графика (рис.6).
При этомсчитают, что коэффициентиспускательной способности вольфрама в красныхлучах (при длине волны света= 0,656 мкм) равен приблизительно 0,45.Значения tи заносят в таблицу 2.3. Переводят значения истинной температуры tИ по шкале Цельсия в значенияистинной температуры ТИ по шкале Кельвина и записывают полученныезначения в табл.2.144. Строят график зависимости мощности w, потребляемой спиралью лампы отистинной температуры ТИ.5.
Строят график зависимости длины волныкоротковолновой границыспектра лампы от истинной температуры ТИ.6. Находят приближенный вид зависимости суммарной испускательнойспособности вольфрама Т от его истинной температуры ТИ.Рис. 6Это можно сделать, основываясь на следующих соображениях.
Длясуммарной испускательной способности абсолютно черного тела выполнятсязакон Стефана-Больцмана Т = Т4. Для нечерного тела, каковым являетсявольфрамовая спираль исследуемой лампы, можно написать выражение,аналогичное закону Стефана-Больцмана.Х(13)Т= T .Однако в этом случаеи х не являются постоянными, а имеют разныезначения в разных интервалах температур, причем всегда выполняетсясоотношениеТХ<Т 4.Если считать, что при высоких температурах мощность, потребляемаяспиралью лампы, практически вся расходуется на излучение, т.е.
wт, тоХw= Т .(14)При логарифмировании обеих частей этого равенства получаетсяlog W = log + x log T.(15)(Здесь безразлично, какие берутся логарифмы: десятичные или натуральные.)Для определения величины х находят значения логарифмов средних15значений величин w и ТИ, полученных в результате измерений, и записываютих в таблицу 3. Строят график зависимости log w от log ТИ. Значение величиных равно тангенсу угла наклона полученной линии к оси абсциссlog wtg.log Tи№log Wlog TИ12345Таблица 367Вычисляют ошибки измерений и записывают ответ с учетом ошибок.ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ1. Какова природа равновесного теплового излучения?2.
Дайте определение излучательной и поглощательной способности тел.3. Сформулируйте основные законы теплового излучения. Какой вид имеютматематические формулы этих законов?4. В чем заключается принципиальная разница в объяснении законовтеплового излучения Релеем, Джинсом и Планком?5. В каком случае при определении температуры яркостным пирометром нетребуется вводить поправок к результатам измерений?6.
Как устроен яркостный пирометр, используемый в этой лабораторнойработе?ЛИТЕРАТУРАСавельев И.В. Курс общей физики: Учеб. пособие. В 5 кн. Кн.5 Квантовая оптика.Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарныхчастиц. Т.З. М.: 4-е изд., перераб. - М.: Наука. Физматлит. 1998. - 368 с.Часть 1. Квантовая оптика.Глава 1. Тепловое излучение.§ 1.1.
Тепловое излучение и люминесценция.§ 1.2. Закон Кирхгофа.§ 1.3. Равновесная плотность энергии излучения.§ 1.4. Закон Стефана-Больцмана и закон Вина.Иверонова В.И.(редактор).Физический практикум. Электричество и оптика.2-ое изд., перераб. - М.: Наука. Физматлит. 1968. - 815 с.16.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
