Измерение и обработка результатов

Для оценки к.п.д. фотоэлемента воспользуемся следующими формулами:

                                                                  (7)

здесь P_ЭЛ=IU – мощность излучения лампы накаливания в телесный угол dW, заданный геометрическими размерами установки:

                                                                    (8)

где S_ф – площадь фотоэлемента, L – расстояние между нитью накала и поверхностью фотоэлемента.

Подставляя (8) в (7) получаем

                                                                    (8)

Используя найденное ранее максимальное значение , определим коэффициент преобразования световой энергии в электрическую энергию по формуле:

.

Контрольные вопросы

1. Что такое фотоэлемент?

2. Что такое вольтамперная характеристика (ВАХ)?

3. Объясните вид вольтамперной характеристики фотоэлемента.

4. В чем заключается суть метода компенсации?

5. Что такое интегральная характеристика фотоэлемента?

Приложения

Рабочая поверхность фотоэлемента имеет площадь S_ф= см².

Нормальный элемент – гальванический источник э.д.с., величина которой при t-20°C равна

ε_н=1,0183063 В,

Величина э.д.с. при температуре окружающей среды t равна

ε_н(t)= ε_н-0,0000406×(t-20)-0,00000095×(t-20)²+0,00000001×(t-20)³

 

 

Лабораторная работа № 29

Качественная проверка законов излучения Кирхгофа

 и закона смещения Вина

 

Лабораторная работа № 30

Измерение теплоемкости относительным способом

Цель работы:

экспериментальное измерение теплоемкости металла

Приборы и принадлежности:

электропечь, металлические образцы, термопара, милливольтметр, секундомер, весы с разновесами

Литература:

Савельев И.В. Курс общей физики. т.1.– М.: Наука.1982.

Савельев И.В. Курс общей физики. т. 3.– М.: Наука.1982.

Введение

Теплоемкостью тела называют величину, равную первой производной количества теплоты по температуре:

                                                                   (1)

В соответствии с первым началом термодинамики, теплота, сообщенная телу идет на увеличение внутренней энергии – тела (или термодинамической системы) и на совершение им работы – :

.                                                               (2)

В дальнейшем речь будет идти о теплоемкости вещества в условиях изобарного нагрева, когда вся теплота идет на увеличение внутренней энергии тела, тогда:

.                                                                 (3)

Соотношение (3) позволяет определить удельную и молярную теплоемкость вещества, соответственно, следующим образом:

                                                                   (4)

и

,                                                                    (5)

где m и n – масса и количество вещества, содержащегося в теле.

Закон Дюлонга и Пти, установленный экспериментально, утверждает:

теплоемкость моля всех химически простых твердых веществ постоянна и равна

Классическая теория теплоемкости легко объясняет этот закон. В кристаллических телах частицы занимают узлы кристаллической решетки. Хаотические тепловые колебания частиц тела около положения равновесия можно представить как суперпозицию колебаний в трех взаимно- перпендикулярных направлениях, т. е. каждая частица имеет три степени свободы (i=3). На каждую степень свободы приходится в среднем энергия e равная kT/2. В соответствии с теоремой о равнораспределении энергии по степеням свободы внутренняя энергия моля простого вещества равна

.

Используя определения теплоемкости, получим, что молярная теплоемкость простого вещества равна  

Закон Дюлонга и Пти выполняется при достаточно высоких температурах. При низких температурах наблюдается (см. рис. 2) существенное отклонение от этого закона.

Рис. 2. Экспериментальная наблюдаемая зависимость теплоемкости кристаллического тела от температуры.

 

Теория теплоемкости Эйнштейна

А. Эйнштейн рассматривал кристалл образованный из N атомов, как систему 3N независимых осцилляторов с одинаковой частотой ω. Исходя из полученного Планком выражения для энергии осциллятора

он получил выражение для внутренней энергии кристалла

.                                                            (6)

В теории Эйнштейна величина молярной теплоемкости равна:

.                                              (7)

Исследуем формулу (7) при низких и высоких температурах:

А) при имеем:

В) при имеем:

.                                               (8)

В соотношении (8) определяющим является экспоненциальный множитель, поэтому

.

Теория Дебая

По теории Дебая колебания атомов в решетке не являются независимыми, т. е. система из N атомов является упруго связанной и имеет 3N степеней свободы. Дебай учел, что в единице объема вещества может возбуждаться только определенное число колебаний dN_ω с частотой ω:

,

где

 –

квантовая энергия осциллятора. Теплоемкость моля по теории Дебая равна:

Величину  (определяемую из условия  называют температурой Дебая. Она ограничивает область температур, в которой становиться существенным влияние квантовых эффектов.

В данной работе величина теплоемкости определяется относительным методом. кривые охлаждения, т.е. зависимости температуры двух образцов от времени (один из которых является эталоном) позволяет определить теплоемкость другого.

Количество тепла, теряемого элементарным объемом dV за время dt равно 

,                                                                                       (9)

где с- теплоемкость, - плотность вещества, Т- температура образца.

На основе уравнения теплопроводности

                                       ,

где - коэффициент теплоотдачи, dS- элемент поверхности образца, Т- температура тела окружающей среды Т₀.

Из (1) и (2) следует:

.

Количество тепла, теряемое всем образцом равно

.

Откуда следует:

.                                                      (10)

 

Аналогично, для эталона

.

Из (7) и (8) следует, что

.                                                      (11)