Обработка результатов измерений

1. Результаты измерений занесите в таблицу 1(графы 2 и 3).

2. Заполните графу 4, для чего к температуре индикатора добавьте комнатную температуру t_k; графу 5, где температура переводится в К и графу 6.

3. Значения мощности W (графа 7), определяются по формуле: W(Вт) = U_тс(мВ)/А_калибр, здесь А_калибр – калибровочный коэффициент для термостолбика, применяемого в данной работе.

4. Значения энергетической светимости R_э (графа 8) находятся по формуле: R_э=W/к_у, где к_y – коэффициент, учитывающий параметры установки.

5. В графу 9 заносятся расчетные значения постоянной Стефана-Больцмана для каждого измерения ; в графу 10 - среднее значение постоянной Стефана – Больцмана.

6. После определения постоянной Стефана – Больцмана оцените её абсолютную погрешность Ds методом прямых измерений.

7. Найдите относительную погрешность e по формуле: e = Ds/<s>

и сравните её со значением, найденным по формуле:

.

Коэффициент, учитывающий параметры установки: 

к_у = 10^-6 м² / рад.

Калибровочный коэффициент для термостолбика, применяемого в данной работе:

А_калибр = 31,6 мВ / Вт.

                Таблица 1

 

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
№ п/п	Uтс, мВ	t, ^0С	t+tk, ^0С	T, K	T^4, K^4	W, Вт	Rэ, Вт/м^2	σ, Вт/м^2×К^4	<σ> Вт/м^2×К^4
1	0,4
2	0,6
3	0,8
4	1,0
5	1,2
6	1,4
7	1,6
8	1,8
9	1,9
10	2,0

 

Погрешность измерения температуры и напряжения на термостолбике 2% от максимальной величины. Время охлаждения печи около 35 мин.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ ДОПУСКА К РАБОТЕ

 

1. Какое явление изучается в данной работе?

2. Какова цель данной работы?

3. Назовите приборы, используемые в работе, и их функциональное назначение.

4. Какие измерения надо произвести?

5. До какой температуры можно нагревать печь?

6. В каких пределах нужно производить измерения напряжения?

7. Расскажите, в какой последовательности включается установка и выключается после окончания измерений.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ СДАЧИ РАБОТЫ

 

1. Какие виды излучений вы знаете?

2. Какое излучение называется тепловым?

3. Какова особенность теплового излучения?

4. Что называется спектральной плотностью энергетической светимости (излучательной способностью) тела, единицы измерения?

5. Что называется поглощательной способностью тела, единицы измерения?

6. Что называется энергетической светимостью тела, единицы измерения?

7. Нарисуйте спектры теплового излучения черного тела f(n,Т) при различных температурах, укажите на них участок, соответствующий формуле Релея-Джинса.

8. Сформулируйте законы теплового излучения: Кирхгофа, Вина и Стефана-Больцмана.

 

9. Запишите закон смещения Вина и объясните его смысл.

10. Дайте понятия «абсолютно чёрное тело», «серое тело».

11. В чём заключается гипотеза Планка?

12. Напишите формулу Планка для теп­лового излучения. Сравните её с формулой Рэлея - Джинса.

13. Получите из формулы Планка формулу Релея - Джинса.

14. Что такое «ультрафиолетовая катастрофа»?

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3-9

 

ИЗУЧЕНИЕ СПЕКТРА ИЗЛУЧЕНИЯ РТУТНОЙ ЛАМПЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ ПЛАНКА.

 

  Цель работы: изучить спектры излучения нагретых тел, произвести градуировку монохроматора и определить постоянную Планка.

ВВЕДЕНИЕ

 

Нагретые твердые тела являются источниками излучения электромагнитных волн различной длины. Спектры излучения бывают нескольких видов. Так, если на пути света, излучённого спиралью лампочки накаливания, поставить призму, то на экране будет наблюдаться сплошной спектр. Вещества в газообразном атомарном и молекулярном состоянии дают соответственно линейчатый и полосатый спектры.

Поставим между лампой накаливания и призмой кювету с водным раствором , при этом в коротковолновой (зеленой) области спектра наблюдается темная полоса. Это происходит потому, что данный раствор в этой части спектра поглощает электромагнитное излучение. Причина такого поглощения следующая: ионы  в водном растворе , могут диссоциировать согласно уравнению:

где DW - энергия, необходимая для диссоциации одного иона. Если энергия кванта, проходящего через раствор: , больше или равна энергии DW, необходимой для разложения одного иона, т.е. , то фотон будет поглощён ионом  и его энергия пойдёт

 

 

на диссоциацию. Таким образом, все кванты, энергия которых больше некоторой предельной, будут поглощаться раствором .

Пусть наименьшая энергия, достаточная для диссоциации иона , тогда:

где с - скорость света в вакууме;  - длина волны, соответствующая границе поглощения излучения в сплошном спектре при прохождении света через раствор;  - постоянная Планка.

Определив опытным путем , можно вычислить постоянную Планка по формуле:

                                                                           (1)

где  - скорость света в вакууме.

Длину волны  можно определить с помощью призменного спектрометра (монохроматора). Для этого предварительно необходимо произвести градуировку прибора по эталонному спектру (в нашей работе – спектру ртути), т.е. снять зависимость по шкале прибора  от длины волны . Построив градуировочный график, можно найти , предварительно определив отсчёт , соответствующий границе поглощения (рис. 1).

        

         

 

 

     

 

                                         

                                               

                                                                                 

                   

Рис.1. Градуировочный график