Lab № 102

Определяне на Стефан-Болцман константа

Потокът на светлинна енергия, падаща върху повърхността на непрозрачно тяло, частично се отразява и частично се абсорбира. Абсорбираната енергия се преобразува в други форми на енергия, най-вече в енергията на топлинна движение. Ето защо, на тялото, която поглъща топлина лъчи.

Тялото се загрява до температура по-висока от температурата на околната среда, като топлинно излъчване на електромагнитни вълни (непрекъснат спектър). Такова радиация се нарича топлинна (температура).

Е обозначен с яркостта на количеството енергия, излъчена от единица повърхност на тялото за една секунда през всички дължини на вълните (в противен случай тази стойност се нарича също интегрираната радиация плътност)

Eizl- където общата енергия, излъчвана от тялото.

Измерванията показват, че радиация енергия се разпределя равномерно между всички дължини на вълните, които се излъчват от нагрети органи.

Енергията за единица време, излъчена единица телесна повърхностна площ на интервал единица дължина на вълната. наречен монохромни (диференциална) плътността на излъчване или друг орган izluchatelnoysposobnostyu

От това следва от определението за връзката между яркостта и излъчването на тялото възможност да:

Ако падне на повърхността на който и да е орган на лъчиста поток наблюдава абсорбция, рефлексия и предаване на енергия. Количество, равно на съотношението на абсорбираната светлина енергия за инцидент енергия. Той призова koeffitsientompogloscheniya или pogloschayuscheysposobnostyu тяло

Количеството енергия, равна на съотношението на отразената светлина в енергия на инцидента, наречен koeffitsientomotrazheniya или otrazhatelnoysposobnostyu тяло. Безразмерна коефициент и показва каква част от лъчението инцидент с дължина на вълната отразява  тяло

Количество, равно на съотношението на светлинна енергия, предават чрез дадено тяло (средно) за всички падащата енергия се нарича пропускливост

пропускливост характеристика прозрачност на тялото по отношение на падащото лъчение. Измерванията показват, че коефициентите на поглъщане (), пропускливост () и отражение () тяло зависи не само от дължината на вълната на падащото лъчение, но и от температурата на тялото, т.е.

За монохромни радиация се наричат spektralnymikoeffitsientamipogloscheniya, размисъл и предаване и са обозначени

и Фиг. 1 показва зависимостта-доверието на коефициента на спектрална абсорбция на не-тяло, от което дължината на вълната-HN при дадена температура (долната крива). Когато температурата променя характера на кривата може да варира - лъчи силно абсорбирани в една температура, може да бъде прехвърлено в друг температура, и обратно.

Тялото, което напълно поглъща инцидент излъчване на всяка дължина на вълната при всяка температура, наречен absolyutnochornym (по-точно, напълно абсорбиращата) орган - кратко за ABB.

абсолютно черно тяло на коефициента на поглъщане за всички дължини на вълните при всяка температура, равна на единица, и коефициент на отражение е нула.

В природата не съществуват органи, за да съвпадат с качествата на абсолютно черно. Тяло покрита с въглен или платина черна, приближава в свойствата на напълно черен в ограничен обхват на дължини на вълните. Реални органи, наречени черни, добре се абсорбира само видимото излъчване на спектъра.

Независимо от това, може да се посочи към тялото, което в неговите качества ще бъде почти не се различава от черно тяло - това е много малка дупка в определено пространство. Лъчът на всяка дължина на вълната, уловен в такъв кухина може да излезе от него само след няколко отражения. Всяка отражение от стената на частта кухина на енергията на лъча се абсорбира, а само малка фракция на енергийните лъчи, уловени в отвора се излиза обратно; обаче коефициентът на поглъщане на дупка е много близо до единство. Този модел на абсолютно черно тяло може да се нагрява до високи температури. След това от дупката в кухината на интензивна радиация излиза, и дупката ще свети ярко (в този случай все още е абсолютно абсорбиране). Се лъчение понякога се нарича "черен радиация", а самото тяло - "пълен радиатор". Пещ устройство "око" в топене или коксовите пещи, муфелна пещ отвор на зеницата на окото са примери (модели) са абсолютно черно тяло. Резултати от експериментални изследвания и термодинамични съображения доведоха до следното изявление:

За всички органи, независимо от тяхното естество, съотношението на спектралната излъчвателната на коефициента на поглъщане, при същата температура и за същата дължина на вълната. е универсална функция от дължината на вълната и температура.

По този начин, закон на Кирхоф може да се изрази с уравнението:

където индексите 1, 2. п се отнасят до първия. втората и т.н. тела.

Да приемем, че един от тези органи е абсолютно черно, означаваме своята емисионна способност чрез u, Т. Като се има предвид, че коефициентът на поглъщане на абсолютно черно тяло е единство, можем да пишем закон на Кирхоф така

Ето защо, една универсална функция на Кирхоф има емисивност на абсолютно черно тяло, т.е.

Съотношението на излъчването на тялото си спектрален абсорбционен коефициент равен на излъчването на черно тяло на същата дължина на вълната и при същата температура

В допълнение към диференциална форма на закона на Кирхоф, има своята интегрирана форма:

Съотношението на яркост сиви телата им коефициента на поглъщане е универсалното (общ за всички сиви тела) функция на температурата:

където R се отнася до целия спектър на излъчване при дадена температура.

За абсолютно черно тяло  = 1 при всички температури, но е яркостта R при температура T. Тъй като всички органи <1. то светимость серых (не чёрных) тел всегда меньше, чем у абсолютно чёрного тела. Основываясь на гипотезе о квантовой природе излучения, Планк методами статистической физики показал, что

където ч - Планк константа;

K-Болцман постоянен;

c- скоростта на светлината.

Въз основа на формула (3) и (6) интегрирано интензивност на абсолютно черно тяло радиация може да се получи чрез интегриране функция Планк в целия диапазон на дължина на вълната

общата енергия, излъчвана абсолютно черно тяло 1в, пропорционална на четвъртата власт на абсолютната температура

 = 5,6710 8 J / (m 2 sK 4) - postoyannayaStefana-Болцман се определя емпирично. В SI единици се изразява в J / (m 2 sK 4). Използване на известна стойност, Макс Планк първо дефинира неговата постоянна ч (постоянна Планк).

От Stefan-Boltzmann право следва, че количеството топлина се предава към устройството при температура Т1 повърхността на абсолютно черно тяло. в среда с температура Т2. Ако околната среда може да се разглежда като абсолютно черно тяло, както и

Радиация на всички други органи, подчинени на едни и същи закони на радиация за всяка дължина на вълната в в пъти по-малко, отколкото за абсолютно черно тяло. общата радиация

където най - постоянни вещества (наречени по друг начин сивота фактор), който показва колко пъти сивата тялото отделя по-малко енергия от абсолютно черно тяло взети при същата температура.

От формула Планк, можем да заключим, че разпределението на радиация дължина на вълната. Максималният интензитет на емисиите се определя от състоянието

което води до изразите

(Право на Wien), (17)

където В и С1 - числова константа (б = -3 2,89810 mK).

Дължината на вълната, при което максималният интензитет радиация е обратно пропорционална на температурата, т.е. максималната емисия с увеличаване на температурни отмествания към къси дължини на вълните:

(Изместване закон първо или Wien закон Wien е)

Максималният интензитет на лъчението е пропорционална на силата на петата абсолютната температура:

Изображението при стартиране на Стефан - Болцман и вина са представени на фиг. 2.

Цел: Да се проучи законите на топлинното излъчване. Определяне на Стефан-Болцман постоянно чрез изучаване izlucheniyanechornogotela - волфрамова жичка.

Схемата на работа е показано на фиг. 3. волфрамова спирала включени във вторичната намотка на трансформатора. Енергията за излъчващата повърхност

дей - сила на тока във вторичната верига, U - на напрежението в спиралата (I и U са определени от показания на инструмента), S - площ на излъчващи повърхности нажежаема - два сметки знаменател за невидимото от пирометър половината от нишки (на пирометъра на фотоклетка просто пропуска радиация, излъчваната обратната страна към него нажежаема лампа с нажежаема жичка).

Сравнение (14) и (15), (16) и (17) получаваме

където Т1 - телесната температура; Т2 - стайна температура.

Температурата на лампа с волфрамова спирала се измерва с помощта на фотоелектричния пирометър, в забелязване на главата на който е разположен чувствителен фотоклетка. За да се подобри точността на измерване, изображението се проектира върху леща нажежаема нишка фотоклетка. При осветяване фотоклетка в своята верига електрически ток, пропорционален на светлинния поток. Този ток се измерва с електронен потенциометър калибриран в ° С

Редът на изпълнение

Активиране на ключ "Мрежа". Писане инструмент да се затопли в продължение на 3 минути, след което измервателното устройство е готово за работа.

Отворете капака и изчакайте за прицелване главата на създаване на потенциометъра в изходно положение.

Дръжка "по-малко повече", задаване на напрежение от 100 V.

За да направите 10 измервания на ток и с нажежаема жичка температурата на загряване чрез промяна на напрежението 10 V. Експерименталните данни се записват в таблицата.

Изчислено от формула (18), стойностите на константата на Stefan-Boltzmann, и от

формули (19) за обработка на резултатите от измерването. Резултатите също носят на масата. Запишете крайния резултат даден доверителен интервал. Сравнете стойността, получена е константата на Стефан-Болцман с масата.

Какво се нарича топлинно излъчване?

Какво е светимостта и малко излъчване?

Какво се нарича черно тяло?

Какво се нарича коефициент на поглъщане, отражението и предаването?

Как способност емисионна способност на организма от температурата и дължината на вълната?

Формулиране на законите на Кирхоф, Стефан-Болцман, Wien.

Физически смисъл и измерение на константа и вината на Стефан-Болцман.

Свързани статии