Порядок выполнения работы

Порядок выполнения работы

Порядок выполнения работы

Задание 1 выполняется в следующей последовательности:

1. Вывести реостат пирометра поворотом диска против часовой стрелки до упора.

2. Включить лампу накаливания, используемую в качестве источника из­лучения.

3. Ввести в пирометр красный светофильтр.

4. Навести пирометр на нить лампы и, вращая диск реостата по часовой стрелке, добиться одинаковой яркости нити пирометра и лампы. При этом нить пирометра исчезает на фоне нити лампы.

5. Снять показания пирометра, амперметра и вольтметра. Занести данные в табл. 4.2.

Таблица 4.2

№

I, A

U, B

Т ярк

Δ Т

Т ист, К

RТ, Вт/м^2

σ, Вт/м^2К^4

6. Изменить напряжение на исследуемой нити лампы. Выполнить операции, указанные в пп 4 и 5.

7. Произвести 7-8 измерений, последовательно изменяя напряжение на лампе на...В (указывает преподаватель).

8. Занести в табл. 4.2 найденные по графику поправки для каждой измеренной температуры.

9. Вычислить истинную температуру Т _ист и плотность мощности R_T. Занести в табл. 4.2.

10. Построить график зависимости Т _ист от R_T.

11. Для всех произвольных значений температуры проверить неравенство (4.8). (Площадь излучающей поверхности S дана на установке).

ЗАДАНИЕ 2. Определение постоянной Стефана-Больцмана.

Задание 2 выполняется в следующей последовательности:

1. Включить лампу накаливания, используемую в качестве источника излучения.

2. Ввести красный светофильтр в пирометр.

3. Навести пирометр на нить лампы и, вращая диск реостата, добиться одинаковой яркости нитей пирометра и исследуемой лампы.

4. Снятьпоказания пирометра, амперметра, вольтметра и занести их в табл. 4.2.

5. Произвести 3-4 измерения, последовательно изменяя напряжение на лампе на 0,6-0,8 В.

6. С помощью формулы (4.3) и графика поправок, данного на стенде, найти истинное значение температуры исследуемой нити.

7. По формуле (4.6) вычислить мощность, подводимую к единице поверхности, для каждого случая. Величина площади излучающей поверхности указана на установке. Все данные занести в табл. 4.2.

8. Рассчитать по формуле (4.9) s - постоянную Стефана-Больцмана. Значения коэффициента (см. табл. 1) и R_T брать при одной температуре. Найти среднее значение s.

ЗАДАНИЕ 3. Проверка закона Стефана-Больцмана и определение его постоянной.

Поместим два тела одинаковой температуры, обменивающихся электромагнитным излучением, в зеркальную оболочку, полностью отражающую излучение. Обозначим через U ₁ и U ₂ энергии, испускаемые в 1 секунду первым и вторым телом соответственно, а через a₁ и a₂ – коэффициенты поглощения этих тел, т.е. отношения энергии, которую они поглощают, к падающей на них энергии. Тогда поток энергии W ₁, уходящий от первого тела, складывается из энергии U ₁, которую оно излучает, и энергии (1-a₁) W ₂, отраженной этим телом:

. (4.10)

Энергия U ₁, испускаемая первым телом, равна поглощаемой им энергии:

U ₁=a₁ W ₂. (4.11)

Аналогично получаем

U ₂=a₂ W ₁. (4.12)

Вычитая W ₂ из обеих частей уравнения (4.10), получим соотношение

, (4.13)

и, учитывая (4.11), получим

. (4.14)

Таким образом, при тепловом равновесии уходящая от тела электромагнитная энергия не зависит от того, что это за тело, и является, следовательно, функцией только температуры. Из (4.11) и (4.12) следует соотношение

, (4.15)

т.е. для всех тел отношение испускательной и поглощательной способности не зависит от рода тела. В качестве второго тела возьмем тело, поглощающее все падающее на него излучение. Такие тела называются абсолютно черными, для них a₂=1. Тогда излучение любого тела получается путем умножения излучения абсолютно черного тела U _абс на коэффициент поглощения данного тела a (закон Кирхгофа)

. (4.16)

Статистическое рассмотрение равновесного излучения позволяет получить формулу для равновесного распределения плотности энергии излучения по частоте, при постоянной Т (формулу Планка):

, (4.17)

где r (n) – плотность электромагнитной энергии, приходящейся на единичный спектральный интервал в единице объема.

Функция r (n) схематически изображена на рис.4.7.

Рис. 4.7

Формула Планка позволяет получить полную (проинтегрированную по частоте) плотность энергии равновесного излучения

. (4.18)

Представим модель абсолютно черного тела в виде небольшого отверстия, просверленного в полом теле. Если размер отверстия мал по сравнению с диаметром полости, то подавляющая часть входящего через отверстия излучения «запутывается» в полости и не выходит обратно.

Формула Планка позволяет получить выражение для полной энергии, излучаемой единицей поверхности абсолютно черного тела (испускательной способности)

~ , (4.19)

где константа s называется постоянной Стефана-Больцмана

. (4.20)

Таким образом, энергия излучения растет как четвертая степень температуры. При обычных условиях и температурах основные потери связаны с конвекцией и теплопроводностью. При достаточно высоких температурах основную роль начинают играть потери на излучение. В некоторых специальных условиях (сосуды Дьюара, колбы термосов) потери на излучение становятся существенными уже при нормальной температуре. Поэтому стенки таких сосудов делают зеркальными.

Дата добавления: 2015-03-29