Определение постоянной Стефана-Больцмана. Лукьянов Г.Д. - 4 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

БГТУ им. Шухова | Белгород

Составители: 

Рубрика: 

4
6. Поворотом кольца реостата 1 добиваются слияния среднего участка нити фотометрической лампы с фоном
раскалённого тела (рис. 3) и отсчитывают яркостную температуру по верхней шкале 6 (рис. 2). Для измерения
температуры исследуемого тела, большей 1400°С, вводят ослабляющий светофильтр и совмещают белую
точку на головке 5 с индексом «20»; температуру в этом случае отсчитывают по нижней шкале.
7.
Операцию, описанную в п.6, повторяют несколько раз при различных величинах тока и напряжения в цепи
источника света.
8. Определяют истинную температуру по графику,
построенному по табл. 1.
9. Рассчитывают для каждого значения истинной,
термодинамической температуры мощность
излучения с каждой единицы поверхности нити
лампы по формуле
S
UI
P
⋅
=
, поверхность
исследуемой нити известна.
Приравнивая рассчитанную мощность к количеству
энергии, теряемой при излучении исследуемым телом в единицу времени с единицы поверхности, на основании
закона Стефана – Больцмана получаем:
[
]
4
)()()( TTSaTTaTTaSIUW
OKOK
σσ
≅
′′
−
′′
==
, (12)
откуда постоянная Стефана – Больцмана:
4
)( TSTa
IU
⋅⋅
=
σ
(13)
Определяют её для каждого измерения. Значение
Т,
λ
α
для вольфрамовой нити берётся из табл. 1. Для нити в
интервале температур 800…1400°а(Т)=0,85.
10. Оценивают точность измерений постоянной
σ и температурой.
Упражнение 2. Вычисление постоянной Планка.
1. По значению постоянной Стефана – Больцмана, используя формулу (8), рассчитывают постоянную Планка:
3
2
45
15
2
σ
π
c
k
h =
Таблица 1
Характеристика излучения вольфрама
T
.ЯР
T
α 0,66
α 0,467
α (Т)
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2100
2220
966
1149
1330
1508
1624
1857
1943
2107
0,456
0,452
0,448
0,443
0,439
0,435
0,433
0,431
0,483
0,478
0,475
0,471
0,469
0,466
0,465
0,463
0,105
0,141
0,175
0,207
0,237
0,263
0,274
0,285
Контрольные вопросы:
1. Дать определения основным характеристикам теплового излучения.
2. Как связаны между собой интегральная и спектральная лучеиспускательные способности тела?
3. Что такое абсолютно чёрное тело? Какие тела можно рассматривать как абсолютно чёрные?
4. Сформулировать основные законы теплового излучения.
5. В чём состоит, и как была определена «ультрафиолетовая катастрофа»?
6.
Каково физическое содержание формулы Планка?
7. Как устроен пирометр с исчезающей нитью?
8. В чём состоит яркостной метод измерения температур?
Рис.3. 
                                                           4
   6.  Поворотом кольца реостата 1 добиваются слияния среднего участка нити фотометрической лампы с фоном
       раскалённого тела (рис. 3) и отсчитывают яркостную температуру по верхней шкале 6 (рис. 2). Для измерения
       температуры исследуемого тела, большей 1400°С, вводят ослабляющий светофильтр и совмещают белую
       точку на головке 5 с индексом «20»; температуру в этом случае отсчитывают по нижней шкале.
   7. Операцию, описанную в п.6, повторяют несколько раз при различных величинах тока и напряжения в цепи
       источника света.
                                                             8. Определяют истинную температуру по графику,
                                                                 построенному по табл. 1.
                                                             9. Рассчитывают для каждого значения истинной,
                                                                 термодинамической      температуры    мощность
                                                                 излучения с каждой единицы поверхности нити
                                                                 лампы по формуле P = I ⋅ U , поверхность
                                                                                               S
                       Рис.3.                                    исследуемой нити известна.
                                                             Приравнивая рассчитанную мощность к количеству
энергии, теряемой при излучении исследуемым телом в единицу времени с единицы поверхности, на основании
закона Стефана – Больцмана получаем:

                               W = IU = σS [a(T )T ′′ − a(TOK )TOK
                                                                ′′ ] ≅ σSa(T )T 4 ,                         (12)
откуда постоянная Стефана – Больцмана:
                                                         IU
                                            σ=                                                              (13)
                                                 a (T ) ⋅ S ⋅ T 4
Определяют её для каждого измерения.     Значение α λ ,Т для вольфрамовой   нити берётся из табл. 1. Для нити в
интервале температур 800 1400°а(Т)=0,85.
   10. Оценивают точность измерений постоянной σ и температурой.
   Упражнение 2. Вычисление постоянной Планка.
   1.    По значению постоянной Стефана – Больцмана, используя формулу (8), рассчитывают постоянную Планка:

                                                   2π 5 k 4
                                                h=     3
                                                   15c 2σ
                                                                                        Таблица 1
                                      Характеристика излучения вольфрама

             T               TЯР.             α 0,66            α 0,467             α (Т)
            1000             966               0,456             0,483              0,105
            1200             1149              0,452             0,478              0,141
            1400             1330              0,448             0,475              0,175
            1600             1508              0,443             0,471              0,207
            1800             1624              0,439             0,469              0,237
            2000             1857              0,435             0,466              0,263
            2100             1943              0,433             0,465              0,274
            2220             2107              0,431             0,463              0,285

                                            Контрольные вопросы:

   1.   Дать определения основным характеристикам теплового излучения.
   2.   Как связаны между собой интегральная и спектральная лучеиспускательные способности тела?
   3.   Что такое абсолютно чёрное тело? Какие тела можно рассматривать как абсолютно чёрные?
   4.   Сформулировать основные законы теплового излучения.
   5.   В чём состоит, и как была определена «ультрафиолетовая катастрофа»?
   6.   Каково физическое содержание формулы Планка?
   7.   Как устроен пирометр с исчезающей нитью?
   8.   В чём состоит яркостной метод измерения температур?

Страницы