Изучение закона Стефана-Больцмана и определение постоянной Планка. Фетисов И.Н.

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана. И.Н. Фетисов ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА СТЕФАНА — БОЛЬЦМАНА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ ПЛАНКА

Изучение закона Стефана-Больцмана и определение постоянной Планка. Фетисов И.Н.

Московский Государственный Технический Университет им. Н.Э. Баумана. И.Н. ФЕТИСОВ. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ЗАВИСМОСТИ ПОТОКА ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ Методические указания

Подробнее

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Оренбургский государственный

Подробнее

Государственный комитет СССР по народному образованию А. Г. АНДРЕЕВ, С. П. ЕРКОВИЧ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ СТЕФАНА-БОЛЬЦМАНА Методические указания к лабораторной работе К-5 по курсу общей физики Под редакцией

Подробнее

Лабораторная работа 3.13 ЗАКОН СТЕФАНА-БОЛЬЦМАНА Ю.А. Коробкин, Ф.А. Шаталов Цель работы: изучение законов теплового излучения. Задание: экспериментальная проверка выполнения закона Стефана-Больцмана.

Подробнее

Государственное высшее учебное заведение «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра физики ОТЧЁТ по лабораторной работе 89 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ СТЕПЕНИ АБСОЛЮТНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ В ЗАКОНЕ СТЕФАНА

Подробнее

Профессор Лукьянов Г.Д. 1 Работа -8: Определение постоянной Стефана-Больцмана и постоянной Планка Студент группа Допуск Выполнение Защита Цель работы: изучение основных закономерностей теплового излучения

Подробнее

Тепловое излучение Характеристики теплового излучения Все тела в той или иной степени излучают электромагнитные волны. Тела нагретые до достаточно высоких температур светятся а при обычных температурах

Подробнее

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3 ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА СТЕФАНА-БОЛЬЦМАНА.Цель и содержание работы: Экспериментальная проверка закона Стефана-Больцмана.Краткая теория: При нагреве тела энергия внутренних хаотических тепловых

Подробнее

Методические указания к выполнению лабораторной работы 3.3. ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ ЛАМПЫ НАКАЛИВАНИЯ Степанова Л.Ф., Рябов С.Е., Некрасов В.В., Добрынина В.В. Квантовая оптика: Методические указания к

Подробнее

Боднарь О.Б. Физика Часть III «Элементы квантовой механики» лекции и решения задач Москва 5 Квантовые свойства электромагнитного излучения Лекция. Тепловое излучение.. Характеристики равновесного теплового

Подробнее

Ярославский государственный педагогический университет им. К. Д. Ушинского Лабораторная работа 1 Изучение законов теплового излучения с помощью оптического пирометра Ярославль 2002 Оглавление 1. Краткая

Подробнее

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Саратовский государственный технический университет ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НАКАЛИВАНИЯ НИТИ ЛАМПОЧКИ С ПОМОЩЬЮ

Подробнее

3.3. Лабораторная работа: «Исследование теплообмена излучением» 3.3.1. Введение В инженерной практике при расчете потока излучения с поверхности технического устройства необходимо знание интегрального

Подробнее

Таблица 3.2.1. Исходные данные Первая цифра варианта d 1, мм d 2, мм Материал изоляции Вторая цифра варианта t 1, ºC t 3, ºC q l, Вт/м 0 95 99 Асботермит 0 800 30 1050 1 100 110 Асбозонолит 1 700 40 2040

Подробнее

1 Работа -8: Определение постоянной Стефана-Больцмана и постоянной Планка Студент группа Допуск Выполнение Защита Цель работы: изучение основных закономерностей теплового излучения и определение постоянной

Подробнее

Законы теплового излучения Лекция 4.4. Лорд Кельвин накануне нового века заявил, что наука вошла в спокойную гавань, разрешила все кардинальные вопросы, осталось лишь уточнить детали о «двух облачках»,

Подробнее

Лекция 5 (сем. 3) Тепловое излучение План лекции: 1. Тепловое излучение и его характеристики. 2. Правило Прево и закон Кирхгоффа для теплового излучения. 3. Серое тело и энергетическая светимость. 4. Закон

Подробнее

ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ Тепловое излучение это свечение тел обусловленное нагреванием Любое электромагнитное излучение есть результат перехода молекул из состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией

Подробнее

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ДИЗАЙНА И ТЕХНОЛОГИИ НОВОСИБИРСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

Подробнее

Раздел 5 КВАНТОВАЯ ФИЗИКА Работа 5.1 Изучение законов теплового излучения Оборудование: источник теплового излучения (нихромовая спираль в виде цилиндра), механический модулятор светового потока, набор

Подробнее

Лабораторная работа 19 Экспериментальное изучение законов теплового излучения Цель работы: изучить основные закономерности теплового излучения. Построить графики зависимости излучательной способности нагретой

Подробнее

Лабораторная работа 3.20 ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ИНТЕНСИВНОСТИ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ Е.В. Козис, А.А. Задерновский Цель работы: изучение законов теплового излучения. Задание: экспериментально

Подробнее

Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана Факультет «Фундаментальные науки» Кафедра «Физика» А.В. Семиколенов, И.Н.Фетисов Закон Стефана-Больцмана Методические указания к лабораторной

Подробнее

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3.09 ИЗМЕРЕНИЕ ЯРКОСНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЛЬФРАМА ОПТИЧЕСКИМ ПИРОМЕТРОМ ЛОП 72 3.1 Цель работы Целью данной работы является изучение законов теплового излучения, ознакомление с устройством

Подробнее

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 9 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ ЗАКОНА СТЕФАНА- БОЛЬЦМАНА ПРИ ПОМОЩИ ОПТИЧЕСКОГО ПИРОМЕТРА Цель работы: Закрепление теоретических знаний по основным законам, определяющим лучистый теплообмен

Подробнее

Лабораторная работа 3.19. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ Е.В. Козис Цель работы: изучение законов теплового излучения. Задание: экспериментально определить вид температурной

Подробнее

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР) Кафедра физики УТВЕРЖДАЮ Заведующий кафедрой физики Е.М. Окс ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ

Подробнее

КВАНТОВАЯ ФИЗИКА Лекция 1. Тепловое излучение и его характеристики Тепловым излучением называется испускание электромагнитных волн нагретыми телами за счет их внутренней энергии. Тепловое излучение свойственно

Подробнее

Дисперсия света. Тепловое излучение Лекция 7 Постникова Екатерина Ивановна доцент кафедры экспериментальной физики Дисперсия света Дисперсия света зависимость фазовой скорости света c (показателя преломления

Подробнее

Лабораторная работа 1 Проверка законов абсолютно черного тела ЦЕЛЬ РАБОТЫ Исследование зависимостей: 1. Спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела от температуры внутри печи..

Подробнее

111 Задание 1. Выберите правильный ответ ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ 1. Тепловым излучением называют… а) электромагнитные волны, испускаемые всеми телами; б) электромагнитные волны, испускаемые черными телами;

Подробнее

Лабораторная работа. ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ТЕЛА ОПТИЧЕСКИМ ПИРОМЕТРОМ Ф.А.Шаталов, Ю.В. Коробкин Цель работы: изучение законов теплового излучения и ознакомление

Подробнее

Основы квантовой оптики Тепловое излучение 1 Абсолютно черное тело Закон Кирхгофа 3 Законы излучения абсолютно черного тела Квантовая гипотеза и формула Планка 5 Оптическая пирометрия 6 Вывод из формулы

Подробнее

Лабораторная работа. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И.Л. Дорошевич Цели работы:. Изучить основные законы равновесного теплового излучения.. Построить спектральные кривые излучательной

Подробнее

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА.3 ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Введение Электромагнитное излучение нагретых тел называют тепловым излучением. Спектральной характеристикой теплового излучения поверхности тела

Подробнее

ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ Тепловое излучение Тела, нагретые до достаточно высоких температур, светятся. Свечение тел, обусловленное нагреванием, называется тепловым (или температурным) излучением Тепловое излучение

Подробнее

Конспект лекций по курсу общей физики. Часть III Оптика. Квантовые представления о свете. Атомная физика и физика ядра Лекция 7 5. ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ 5.1. Экспериментальные основания теории теплового излучения

Подробнее

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3.6 ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Маслов В.П. Задача. Получить спектры излучения абсолютно черного тела при различных температурах. 2. Используя закон смещения Вина, определить постоянную

Подробнее

Лабораторная работа 18 Измерение яркостной температуры нагретой поверхности Теория Под яркостной температурой понимают температуру такого абсолютно черного тела, спектральная энергетическая яркость которого

Подробнее

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И.

Подробнее

1 Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана И.Н. ФЕТИСОВ ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ПО ТЕПЛОВОМУ ИЗЛУЧЕНИЮ ТЕЛА Методические указания к лабораторной работе К-61 по курсу общей физики

Подробнее

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра физики МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ ПО ФИЗИКЕ для студентов специальностей 293,

Подробнее

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН КАРАГАНДИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра физики Ясинский В.Б. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ по дисциплинам «Физика»,

Подробнее

Государственное образовательное учреждение Московский государственный технологический университет «СТАНКИН» Кафедра физики Лабораторная работа «Определение постоянной Стефана-Больцмана и постоянной Планка

Подробнее

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСВЕННЫЙ ЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИЕ КАФЕДРА ОБЩЕЙ ФИЗИКИ КРАКИЕ МЕОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАОРНОМУ ПРАКИКУМУ ПО КУРСУ «ФИЗИКА» Ф6-к ИЗМЕРЕНИЕ ЕМПЕРАУРЫ И ИНЕГРАЛЬНОГО КОЭФФИЦИЕНА ИЗЛУЧЕНИЯ

Подробнее

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» УТВЕРЖДАЮ Проректор-директор

Подробнее

Работа. ИЗМЕРЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ВОЗДУХА Задача Измерить коэффициент теплопроводности воздуха. r ВВЕДЕНИЕ В состоянии равновесия температура газа (как и любого другого вещества) во всех

Подробнее

НПО УЧЕБНОЙ ТЕХНИКИ «ТУЛАНАУЧПРИБОР» МЕТОДИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОР- НОЙ РАБОТЫ ФКЛ-15 ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА СТЕФАНА-БОЛЬЦМАНА. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СВЕТИМОСТИ НАГРЕТОГО ТЕЛА

Подробнее

Цель работы. Лабораторная работа ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ВОЗДУХА МЕТОДОМ НАГРЕТОЙ НИТИ Целью лабораторной работы является экспериментальное определение теплопроводности воздуха, находящегося

Подробнее

1 Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана В.Н. АНИКЕЕВ, И.Н. ФЕТИСОВ ПРОВЕРКА ЗАКОНА СТЕФАНА-БОЛЬЦМАНА Методические указания к лабораторной работе К-20 по курсу общей физики

Подробнее

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 5 ИЗУЧЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ВОЛЬФРАМА Цель работы экспериментальное исследование зависимости спектральной плотности энергетической светимости вольфрама от длины волны

Подробнее

Сегодня: понедельник, 11 ноября 2013 г. Лекция 15 Квантовая природа излучения лекции: Тепловое излучение Закон Кирхгофа Законы Стефана Больцмана, Вина Формула Планка 1 1. Тепловое излучение

Подробнее

Тема: Тепловое излучение (ТИ) Авторы: А.А. Кягова, А.Я. Потапенко Тепловое излучение — это электромагнитное излучение, которое присуще всем телам, температура которых выше абсолютного нуля (Т > 0 К) ТИ

Подробнее

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ИВАНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ В.И. ЛЕНИНА» Кафедра теоретических

Подробнее

Томский политехнический университет Школа базовой инженерной подготовки Отделение естественных наук «УТВЕРЖДАЮ» Директор ШБИП Д.В. Чайковский 8 г. ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА СТЕФАНА БОЛЬЦМАНА Методические указания

Подробнее

Министерство образования Республики Беларусь БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра «Физика» ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Методические указания к лабораторной работе по физике

Подробнее

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ для решения Контрольной работы 3 Основные формулы и примеры решения задач 1,, 3 приведены в задачнике под ред. А.Г. Чертова, стр.147-158 Основные формулы и примеры решения задач 4,

Подробнее

Тепловое излучение 1. Излучение тел. Закон Кирхгофа для теплового излучения. Абсолютно черное тело. 2. Распределение энергии в спектре а. ч. т. Законы Стефана Больцмана и Вина. Ультрафиолетовая катастрофа.

Подробнее

Лабораторная работа 2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ МЕТОДОМ НАГРЕТОЙ НИТИ Цель работы изучение явлений переноса в газах на примере теплопроводности воздуха и определение коэффициента теплопроводности

Подробнее

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ВОЛЖСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ) ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Подробнее

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ УХТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 56А ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Методические указания для студентов всех специальностей дневной и заочной

Подробнее

Тепловое излучение Вильчинская Светлана Сергеевна План: 1. Тепловое излучение абсолютно черного тела АЧТ 2. Тепловое излучение реальных тел 3. Эквивалентные температуры Всякое излучение, источником которого

Подробнее

Лабораторная работа 8. Спектральная плотность энергетической светимости черного тела Цель работы: рассчитать значения энергетической светимости черного тела в некотором диапазоне частот при одинаковой

Подробнее

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ

Подробнее

ЛЕКЦИЯ 17 1 ХАРАКТЕРИСТИКИ И ЗАКОНЫ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ. Излучение и поглощение энергии. Если на какое-либо тело падает поток излучения Ф о, то часть потока Ф отр

Подробнее

ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ Тепловое излучение это свечение тел обусловленное нагреванием Любое электромагнитное излучение есть результат перехода молекул из состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией

Подробнее

Государственное высшее учебное заведение «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра физики ОТЧЁТ по лабораторной работе 88 ЗНАКОМСТВО С РАБОТОЙ ОПТИЧЕСКОГО ПИРОМЕТРА. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ

Подробнее

3.1. Лабораторная работа: «Определение коэффициента теплопроводности воздуха методом нагретой нити» 3.1.1. Введение В инженерной практике при проведении теплового расчета технического устройства или организуемого

Подробнее

646 ФИЗИКА ИЗЛУЧЕНИЕ И КВАНТОВАЯ ГИПОТЕЗА ПЛАНКА. РАЗВИТИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ ОБ ИЗЛУЧЕНИИ Садофьев И.Д., Филиппов В.А. г. Коломна, МБОУ «Гимназия 2 «Квантор»», 11 «Г» класс Руководитель: Дорохова Е.В. МБОУ

Подробнее

X Международная Жаутыковская Олимпиада/Экспериментальный тур с. /7 РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ТУРА Сопротивление графита Часть. Вольтамперная характеристика графитового стержня. С помощью омметра

Подробнее

Лабораторная работа 301 ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ С ПОМОЩЬЮ ПИРОМЕТРА С ИСЧЕЗАЮЩЕЙ НИТЬЮ Цель и содержание работы Целью работы является ознакомление с законами теплового излучения реальных тел и с одним из

Подробнее

Раздел 17. Квантовые модели материи Тема 1. Фотонный газ Тема 2. Электронный газ в металле Тема 3. Квантовая теория электропроводности Тема 4. Полупроводники. Сверхпроводимость Тема 5. Фононы Для работы

Подробнее

Лабораторная работа 11 А ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ ПЛАНКА И РАБОТЫ ВЫХОДА ФОТОКАТОДА МЕТОДОМ ЗАДЕРЖИВАЮЩЕГО ПОТЕНЦИАЛА Цель работы экспериментальная проверка уравнения Эйнштейна для внешнего фотоэффекта;

Подробнее

Лабораторная работа 45 Изучение законов теплового излучения. Цель работы: исследование зависимости энергетической светимости термостолбика от температуры. Оценка постоянной Стефана Больцмана. Исследование

Подробнее

Работа ТМО-9 Определение степени черноты методом нагретой нити Расчёты результирующих потоков интегрального теплового излучения между телами проводят на основе закона Стефана Больцмана, согласно которому

Подробнее

Министерство образования и науки Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕ- СКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра

Подробнее

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 5.4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ВОЗДУХА Цель работы: экспериментальное определение коэффициента теплопроводности воздуха. Литература: [4] гл. 5 5.1, 5.2, 5.5; [7] гл.

Подробнее

Министерство образования и науки Российской Федерации Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина Кафедра физики ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Методические указания

Подробнее

Закон излучения Стефана-Больцмана Учебно-методическое пособие к лабораторной работе по дисциплине «Физический практикум» Учебно-методическое пособие к лабораторной работе по дисциплине «Физический практикум»

Подробнее

Московский Государственный технический Университет им НЭ Баумана ЮИБеззубов, ВВБростюк, МАЯковлев ИЗУЧЕНИЕ ЭФФЕКТА ХОЛЛА Методические указания к лабораторной работе Э0 по курсу общей физики Под редакцией

Подробнее

Лекция 5 Теплообмен излучением Основные понятия и определения Тепловое излучение (радиационный теплообмен) спо переноса теплоты в пространстве, осуществляемый в ультате распространения электромагнитных

Подробнее

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАБОТЫ ВЫХОДА ЭЛЕКТРОНОВ ИЗ МЕТАЛЛОВ Цель работы: изучение вольтамперной характеристики вакуумного диода; исследование зависимости плотности тока насыщения термоэмиссии

Подробнее

Лабораторная работа 45 Изучение законов теплового излучения 2 Цель работы: исследование зависимости энергетической светимости термостолбика от температуры. Оценка постоянной Стефана Больцмана. Исследование

Подробнее

Лабораторная работа 18 ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ ТЕЛ Введение Основные характеристики излучающих тел Тела, нагретые до достаточно высокой температуры, приобретают способность светиться. Тепловое излучение имеет

Подробнее

Атомная физика. Лекция 1. Излучение абсолютно черного тела. Эффект Комптона. Фотоэффект. Гипотеза де-бройля. Соотношение неопределенностей Гейзенберга. Волновая функция. Свечение тел Хемилюминесценция

Подробнее

ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ 1. Тепловое излучение и люминесценция Излучение телами электромагнитных волн (свечение тел) может осуществляться за счет различных видов энергии. Самым распространенным является тепловое

Подробнее

Определение отношения теплоемкости твердых тел Методические указания к лабораторной работе 2,4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОЕМКОСТИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ Цель работы определение теплоемкости образцов металлов калориметрическим

Подробнее

Работа 1а ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ВАКУУМНОГО ФОТОЭЛЕМЕНТА Цель работы: снятие вольт-амперной характеристики фотоэлемента, определение красной границы фотоэффекта, работы выхода электрона и постоянной

Подробнее

Лабораторная работа 9 ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОЕМКОСТИ ВОЗДУХА ПРИ ПОСТОЯННОМ ДАВЛЕНИИ Цель работы экспериментальное определение удельной теплоемкости воздуха методом протока. 1. Метод измерения и расчетные

Подробнее

Г ос у д арств е н ное о бр а зов а те ль ное учр е жд е н ие в ыс шего пр офесс иона л ь ног о обр а з ов а н ия «ПЕ ТЕ РБ УРГ СКИЙ Г ОС УД А РС ТВ Е Н Н Ы Й УН И В Е Р СИТ Е Т П У ТЕ Й СООБ ЩЕ Н И Я

Подробнее

Министерство образования и науки Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ЧЕЛЯБИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» ИЗМЕРЕНИЕ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР

Подробнее

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 9- ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Современные представления о строении и свойствах материальных тел связаны с их дискретной структурой. Количество, пространственное

Подробнее

Цель работы: экспериментальная проверка основных законов теплового излучения, в частности, проверка закона Стефана-Больцмана с оценкой экспериментального значения одноименной константы, а также проверка

Подробнее

Л 10 ВОЛНОВЫЕ СВОЙСТВА излучений Тепловое излучение 1 Свечение тел может осуществляться за счет различных видов энергии. Тепловое излучение, являясь самым распространенным в природе, совершается за счет

Подробнее

Решения задач Задание Поплавок Сила тяжести, действующая на ареометр, уравновешивается силой Архимеда πd mg = ρ g V + ( l h) () 4 Так как масса ареометра не изменяется, то при изменении плотности жидкости

Подробнее

Лабораторная работа 45 Изучение эффекта термоэлектродвижущей силы Цель работы:. Изучить устройство и принцип действия термоэлемента.. Определить коэффициент термоэлектродвижущей силы (коэффициент термопары).

Подробнее

Федеральное агентство по образованию РФ Ухтинский государственный технический университет 56 Изучение законов теплового излучения Методические указания к лабораторной работе для студентов всех специальностей

Подробнее

ТЕСТЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ «ИУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СВЕТИМОСТИ НАГРЕТОГО ТЕЛА ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ». ВАРИАНТ. Абсолютно черное тело и серое тело имеют одинаковую температуру. Как соотносятся

Подробнее

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им Н.Э.БАУМАНА Ю.И.Беззубов ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ЗАРЯДКИ И РАЗРЯДКИ КОНДЕНСАТОРА Методические указания к лабораторной работе Э-3 по курсу «Общая физика»

Подробнее

Дисперсия света Поляризация Волновая оптика Дисперсия света зависимость показателя преломления n вещества от частоты ν (длины волны λ) света, или зависимость фазовой скорости v световых волн от его частоты

Подробнее

Источник: https://docplayer.ru/30836400-Moskovskiy-gosudarstvennyy-tehnicheskiy-universitet-im-n-e-baumana-i-n-fetisov-izuchenie-zakona-stefana-bolcmana-i-opredelenie-postoyannoy-planka.html

1 Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана И.Н. Фетисов ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА СТЕФАНА — БОЛЬЦМАНА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ ПЛАНКА Методические указания к

Изучение закона Стефана-Больцмана и определение постоянной Планка. Фетисов И.Н.

Книги по всем темам Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана И.Н. Фетисов ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА СТЕФАНА — БОЛЬЦМАНА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ ПЛАНКА Методические указания к лабораторной работе К-II по курсу общей физики Под редакцией О.И.

Иваненко Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана1997 Рассмотрены законы теплового излучения, описана лабораторная установка, изложена методика изучения теплового излучения. Для студентов 2-го курса всех специальностей.

ВВЕДЕНИЕ В работе рассмотрены интегральные и спектральные энергетические характеристики оптического излучения, приведены основные законы теплового излучения (законы Кирхгофа, Стефана Больцмана, закон излучения Планка, закон смещения Вина).

Дано описание методики изучения закона Стефана — Больцмана и метода определения постоянных Стефана — Больцмана и Планка.

Цель работы — изучение зависимости потока излучения тела ( близкого к черному ) от температуры в интервале от 300 до 900 К, определение значения постоянных Стефана — Больцмана и Планка.

I. ЗАКОНЫ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Тепловое излучение представляет собой электромагнитное излучение ( в частности, свет), испускаемое веществом при температуре Т > О К и возникающее за счет его внутренней (тепловой ) энергии.

Тепловое излучение имеет сплошной спектр, положение максимума которого зависит от температуры. С повышением температуры общая энергия излучения резко возрастает, а максимум перемещается в область малых длин волн. При Т > 103 К наблюдается видимый свет.

Электромагнитное излучение характеризуют рядом энергетических величин, которые подразделяют на спектральные и интегральные; в последнем случае рассматривается полная энергия на всех длинах волн. Приведем некоторые из них.

К интегральным характеристикам относят ся: энергия излучения W, Дж, поток излучения Ф = W/ t, Вт; энергетическая светимость (излучательность), равная отношению потока излучения к площади поверхности источника излучения, Вт/м2 :

M = Ф/S Важное значение имеют спектральные характеристики энергетических величин, т.е. плотности их распределения по длинам волн или частотам. Так, спектральная плотность энергетической светимости M =dM/d, где dМ — энергетическая светимость в интервале от до +d.

Интегральная М и спектральная М величины связаны соотношением = M = Md = = Тепловое излучение тела зависит от его способности поглощать излучение. Пусть на тело падает поток монохроматического излучения Ф, который делится на три части — поглощенную телом ФПОГЛ, отраженную и прошедшую сквозь тело.

Спектральным коэффициентом поглощения (поглощательной способностью) называется отношение поглощенного потока излучения к падающему = ФПОГЛ/Ф.

Коэффициент поглощения — безразмерная величина, изменяющаяся от нуля до единицы и зависящая от длины волны, температуры, вещества и состояния поверхности тела.

В теории теплового излучения важную роль играет понятия абсолютно черного тела (АЧТ), для которого =1 для любых. На практике хорошей моделью АЧТ является малое отверстие в большой полости, стенки которой непрозрачны и равномерно нагреты. Близкий к единице коэффициент поглощения имеют сажа. платиновая чернь и другие вещества.

Приведем основные законы теплового излучения.

1.Закон Кирхгофа: для любого тела отношение спектральной плотности энергетической светимости к спектральному коэффициенту поглощения равно спектральной плотности энергетиче ской светимости АЧТ при одинаковых и Т М/= М,АЧТ Согласно закону Кирхгофа, чем тело темнее в отраженном свете, тем интенсивнее оно излучает (именно излучает, а не отражает постороннее излучение).

2. Закон Стефана — Больцмана: энергетическая светимость АЧТ пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры тела МАЧТ = 4. (1) -Коэффициент пропорциональности =5,67·10-8 Вт·м ·К- 4 называют постоянной Стефана Больцмана.

С учетом (1) поток излучения с площади поверхности тела S равен АЧТ = S М АЧТ= S 4, (2) а энергия излучения за время t равна W=S 4 t. Например, энергетическая светимость черного тела при комнатной температуре (295 К) равна 430 Вт/м2.

3. Закон излучения Планка (основной закон теплового излучения): спектральная плотность энергетической светимости абсолютно черного тела является следующей функцией длины волны и температуры:

2hc M, АЧТ = = = = (3) hc exp — kT где h — постоянная Планка, с — скорость света, k — постоянная Больцмана. При постоянной температуре зависимость (3) описывает спектр теплового излучения АЧТ, примеры которого представлены на рис. 1 для двух температур.

Разрабатывая теорию теплового излучения, Планк выдвинул квантовую гипотезу, согласно которой атомные осцилляторы испускают электромагнитные волны не непрерывно, как следовало из теории Максвелла, а порциями, квантами, энергия которых пропорциональна частоте излу чения:

E = h.

4. Закон смещения Вина: как видно из рис. 1, спектральная плотность энергетической светимости максимальна на некоторой длине волны m.

Вин теоретически установил, что для АЧТ эта длина волны обратно пропорциональна температуре: m =b /Т, где b = 2,9·10-3 К·м есть постоянная Вина.

Например, для температуры 2900 К m = 1 мкм, а для 290 К — m = 10 мкм (обе длины волны находятся в инфракрасной области спектра).

Законы Вина и Стефана — Больцмана могут быть выведены из закона излучения Планка. Так, закон Стефана — Больцмана может быть получен интегрированием функции (3) по длине волны [1,2]:

= = M = M, АЧТ d = T, где = 25k4/(15c2h3) = = = = АЧТ Отсюда следует формула для постоянной Планка:

1 / 22k = h = k 2 (4) = = 15c где k = 1,38·10 -23 Дж/К, с = 3·108 м/с. Численное значение h впервые получено Планком по формуле (4). Поступим так же и мы, измерив в данной работе и используя известные значения других физических констант.

Согласно закону Кирхгофа, обычные тела, для которых

2. Лабораторная установка и методика опыта В установке (рис. 2) используется специальная вакуумная лампа 1, называемая терморезистором прямого подогрева.

В лампе имеется маленький (диаметром 0,2 мм и длиной 4 мм) стержень 2, изготовленный из окислов металлов, который обладает свойствами полупроводника и используется нами в качестве теплового излучателя. С помощью двух длинных тонких проволочек 3 из вольфрама стержень присоединен к проводникам 4.

Пропуская электрический ток от источника напряжения (ИН) через лампу, излучатель можно нагревать до максимальной температуры ~ 900 К.

Подводимая к лампе электрическая энергия превращается в теплоту практически полностью в самом стержне, так как его сопротивление велико по сравнению с сопротивлением проволочек.

В стационарном режиме, когда температура постоянна, почти вся подводимая энергия уходит на излучение, так как теплопроводность проволочек и разреженного воздуха мала. Следовательно, поток излучения можно найти косвенно, приравняв его в первом приближении электрической мощности лампы Ф =IU, где I и U — сила тока и напряжение на лампе.

Излучатель является серым телом с большим коэффициентом черноты, который приближенно будем считать равным единице, т.е. применим к излучателю закон (2).

Черное тело с площадью поверхности S испускает поток излучения Ф = S Т 4, который в стационарном режиме приравняем электрической мощности IU = S Т Эта формула, в которой пренебрегают теплопроводностью нитей, выполняется тем лучше, чем выше температура, так как с ростом температуры излучение растет быстрее, чем теплопроводность.

Формулу (5) можно использовать для проверки на опыте закона Стефана – Больцмана и определения соответствующей постоянной, Точность опыта повысится, если введем в (5) две поправки: в левую часть добавим излучение окружавших тел Р1, в правую теплопроводность проволочек Р:

IU+P1=S 4 + P (6) Согласно уравнению теплопроводности, количество тепла, проходящего по проволочкам в единицу времени, пропорционально разности температур на их концах Р = ( T-T0 ), где Т0 — температура холодного конца, равная комнатной температуре (в работе принимаем Т0 = 295 К). Коэффициент пропорциональности, зависящий от материала и размеров проволочек, найден из уравнения теплопроводности и приведен в паспорте установки. Запишем (6) с учетом выражения для Р :

IU+P1=S 4 +(TT0') (7) Стерженек не только излучает, но также поглощает излучение окружающих тел — баллона лампы и корпуса прибора, температура которых всегда близка Т0. Следующее рассуждение позволяет получить выражение для P1. Предположим, что ток выключен, тогда температура излучателя опускается до комнатной Т= T0, при этом формула (7) дает Р = S 04.

Подставив поправку Р1 в (7), получим более точное уравнение теплового баланса излучателя IU+ S 40=S 4+(T-T0') (8) Рассмотрим измерение температуры излучателя.

Температуру стерженька можно найти, измерив его электрическое сопротивление R, связанное с Т характерной для полупроводников зависимостью R=A exp(B/T) где А, Ом, и B, К (Кельвин) — постоянные для данного терморезистора коэффициенты.

Логарифмируя это выражение, получим формулу для определения температуры в Кельвинах T=B/ln(R/A) (9) Для определения коэффициентов А и B выполнялся специальный опыт, в котором лампа помещалась в термостат, нагревалась до температуры термостата и измерялось ее сопротивление при различной температуре. В данной работе этот опыт студенты не выполняют. Значения коэффициентов приведены на установке.

Итак, подчеркнем, что в данной установке полупроводниковый стерженек одновременно является и излучателем, и нагревателем, и электрическим термометром.

Вернемся к рис. 2. Лампа нагревается от источника постоянного напряжения ИН в несколько десятков вольт, включаемого в сеть переменного тока. Последовательно с лампой включены два переменных резистора для регулировки тока и постоянный резистор R1.

Измеряя напряжение U1 на нем, находим силу тока в цепи I =U1/R1. Цифровой вольтметр V служит для измерения напряжений U и U1 на лампе и на резисторе. Для этого вольтметр подключают тумблером к соответствующему участку цепи.

Кнопка «Ток», при нажатии замыкающая цепь, предназначена для того, чтобы лампа не была включена слишком долго без надобности.

Непосредственные измерения состоят в нахождении вольтамперной характеристики лампы, т.

е. зависимости напряжения на лампе от силы тока (как будет видно из опыта, эта зависимость слабая; подумайте, в чем состоит причина). Для этого при различном сопротивлении переменных резисторов измеряется пара напряжений U и U1.

Из них получают все необходимые данные: силу тока I, электрическую мощность лампы IU =U U1/R1, ее сопротивление R=R1U/Uизменяющееся с нагревом, и температуру излучателя по формуле (9) или по графику, приложенному к установке.

Дальнейшая обработка и анализ результатов проводятся по одному из трех вариантов. В каждом из них необходимо изучить зависимость потока излучения от температуры, определить постоянную, а также постоянную Планка по формуле (4), используя полученное значение.

Студент выполняет вариант в соответствии с указанием в графике лабораторных работ.

Параметры установки, которые студент сам не измеряет, приведены в паспорте установки.

Вариант I. Анализ результатов основан на приближенном уравнении теплового баланса (5). По результатам измерений двух напряжений U и U1 необходимо вычислить все остальные величины, приведенные в табл. I.

Таблица I U1, U, R=R1 U/U1, T, T4, IU =U U1/RB B Ом K K Вт Построить графическую зависимость IU от Т 4. Через точки на графике провести наилучшую «на глаз» прямую, проходящую также через начало координат. Сделать вывод о согласии опыта с (5). По формуле (5) вычислить, взяв отношение IU/Т 4 для какой-либо точки, лежащей на проведенной прямой.

Вариант 2. В отличие от предыдущего варианта, здесь используется более точное уравнение теплового баланса (8), которое запишем в виде:

IU-(T — T0)=S(T 4 — T 40)(10) По результатам измерений U1 и U вычислить величины, приведенные в табл. 2. Построить графическую зависимость IU(TT0) от T4T40.

Через точки на графике провести наилучшую прямую, проходящую через начало координат. Сделать качественный вывод о степени согласия опыта с (10).

По формуле (10) вычислить, подставив значения IV&(Т7Ли 7'4Т4 для некоторой точки на проведенной прямой.

Таблица U1, U, R, T, T4T40, IU, (TT0), IU(TT0), B B Ом K K4 Bт Вт Вт Вариант 3. В предыдущих вариантах мы исходили из предположения, что энергетическая светимость пропорциональна Т 4 и проверяли его на опыте.

Поскольку это справедливо только для черных и серых тел, здесь мы сделаем более общее предположение, что энергетическая светимость излучателя растет как степенная функция температуры М = Т n, причем показатель степени n определим из опыта.

Для анализа результатов опыта используем модифицированное уравнение (10), в котором опустим небольшую поправку на излучение окружающих тел:

IU — (T — T0)= S T n (11) Поток излучения, записанный в левой части (11), обозначим буквой Ф ; тогда Ф = S T n Прологарифмируем это выражение:

lgФ=lg(S)+ n lgT (12) Опыт состоит в том, чтобы по результатам измерений U1 и U вычислить величины, указанные в табл. 3, и построить графическую зависимость lg Ф от lg Т (рис. 3).

Если окажется, что экспериментальные точки на графике мало отклоняются от прямой линии, то предполагаемая степенная зависимость мощности излучения от температуры находит подтверждение.

Из наклона прямой на построенном графике найти показатель степени, как отношение катетов треугольника (см. рис. 3) n= y/ х, где y и х взять в единицах соответствую щих координатных осей.

Затем вычислить по формуле (12), подставив в нее значения для ка кой-либо точки проведенной прямой на графике.

Таблица U, B U, B R, Ом T, K lgT IU,Вт lgФ Ф=IU-(T-T0),Вт 3. Порядок выполнения эксперимента 1. Записать паспортные данные установки, приведенные на лабораторном макете.

2. Цифровой вольтметр установить в режим измерения постоянного напряжения до 20 В с тремя значащими цифрами (например, 5,76 В).

3. Включить тумблеры «Сеть» установки и вольтметра.

4. Рассмотреть устройство лампы через лупу, встроенную в корпус установки.

5. При максимальном токе можно заметить слабое красное свечение излучателя. Для этого нужно нажать кнопку «Ток», повернуть оба регулятора по часовой стрелке до конца, приблизить глаз вплотную к лупе и, защитив его от постороннего света, подождать, пока он привыкнет к темноте.

6. При выполнении измерений кнопку «Ток» можно на время отпустить. После нажатия кнопки или изменения тока необходимо подождать примерно 20 с, чтобы установилось тепловое равновесие; тогда напряжение на лампе U перестанет изменяться.

7. Выполнить основной опыт — снять зависимость напряжения на лампе U от силы тока, т.е.

от U1 Для этого нажать кнопку «Ток», установить переключатель в положение «U1» и, пользуясь ручками «Регулировка тока» (грубо и точно), установить по вольтметру необходимое значение U1 и записать результат измерения в таблицу.

Затем, не меняя регулировку тока, установить «Переключатель вольтметра «в положение » U » и результат измерения U записать в таблицу.

Проделать описанные измерения, изменяя U1 в пределах и с шагом, указанным в паспорте установки.

8. По окончании измерений выключить кнопки «Сеть» установки и вольтметра.

9. Обработать полученные данные, как было рекомендовано выше.

10. Проанализировать погрешности измерений. Поскольку излучатель не является абсолютно черным телом, результат измерения может быть занижен примерно на 15% (систематическая погрешность). Больной вклад в случайную погрешность дает погрешность S измерения пло щади излучателя.

Пренебрегая другими погрешностями измерений, получим формулы для вычисления погрешностей постоянных Стефана — Больцмана и Планка = S/S, h/h=/(3) Вычислить по данным формулам погрешности (значение S дано в паспорте установки).

Результаты измерений представить в виде ± и h ± h с указанием единиц измерения.

11. Полученные значения сравнить с табличными: = 5,67·10-8 Вт·м -2·К — 4; h= 6,626·10-34 Дж·с.

Книги по всем темам

Источник: http://knigi.dissers.ru/books/1/5693-1.php

Закон Стефана—Больцмана

Изучение закона Стефана-Больцмана и определение постоянной Планка. Фетисов И.Н.

Светимость абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его температуры.

Нагретые тела излучают энергию в виде электромагнитных волн различной длины. Когда мы говорим, что тело «раскалено докрасна», это значит, что его температура достаточно высока, чтобы тепловое излучение происходило в видимой, световой части спектра.

На атомарном уровне излучение становится следствием испускания фотонов возбужденными атомами (см. Излучение черного тела).

Закон, описывающий зависимость энергии теплового излучения от температуры, был получен на основе анализа экспериментальных данных австрийским физиком Йозефом Стефаном и теоретически обоснован также австрийцем Людвигом Больцманом (см. Постоянная Больцмана).

Чтобы понять, как действует этот закон, представьте себе атом, излучающий свет в недрах Солнца.

Свет тут же поглощается другим атомом, излучается им повторно — и таким образом передается по цепочке от атома к атому, благодаря чему вся система находится в состоянии энергетического равновесия.

В равновесном состоянии свет строго определенной частоты поглощается одним атомом в одном месте одновременно с испусканием света той же частоты другим атомом в другом месте. В результате интенсивность света каждой длины волны спектра остается неизменной.

Температура внутри Солнца падает по мере удаления от его центра. Поэтому, по мере движения по направлению к поверхности, спектр светового излучения оказывается соответствующим более высоким температурам, чем температура окружающий среды.

В результате, при повторном излучении, согласно закону Стефана—Больцмана, оно будет происходить на более низких энергиях и частотах, но при этом, в силу закона сохранения энергии, будет излучаться большее число фотонов.

Таким образом, к моменту достижения им поверхности спектральное распределение будет соответствовать температуре поверхности Солнца (около 5 800 К), а не температуре в центре Солнца (около 15 000 000 К).

Энергия, поступившая к поверхности Солнца (или к поверхности любого горячего объекта), покидает его в виде излучения. Закон Стефана—Больцмана как раз и говорит нам, какова излученная энергия. Этот закон записывается так:

    E = σT 4

где Т — температура (в кельвинах), а σ — постоянная Больцмана. Из формулы видно, что при повышении температуры светимость тела не просто возрастает — она возрастает в значительно большей степени. Увеличьте температуру вдвое, и светимость возрастет в 16 раз!

Итак, согласно этому закону любое тело, имеющее температуру выше абсолютного нуля, излучает энергию. Так почему, спрашивается, все тела давно не остыли до абсолютного нуля? Почему, скажем, лично ваше тело, постоянно излучая тепловую энергию в инфракрасном диапазоне, характерном для температуры человеческого тела (чуть больше 300 К), не остывает?

Ответ на этот вопрос, на самом деле, состоит из двух частей.

Во-первых, с пищей вы получаете энергию извне, которая в процессе метаболического усвоения пищевых калорий организмом преобразуется в тепловую энергию, восполняющую потери вашим телом энергии в силу закона Стефана—Больцмана. Умершее теплокровное весьма быстро остывает до температуры окружающей среды, поскольку энергетическая подпитка его тела прекращается.

Еще важнее, однако, тот факт, что закон распространяется на все без исключения тела с температурой выше абсолютного нуля.

Поэтому, отдавая свою тепловую энергию окружающей среде, не забывайте, что и тела, которым вы отдаете энергию, — например, мебель, стены, воздух, — в свою очередь излучают тепловую энергию, и она передается вам.

Если окружающая среда холоднее вашего тела (как чаще всего бывает), ее тепловое излучение компенсирует лишь часть тепловых потерь вашего организма, и он восполняет дефицит за счет внутренних ресурсов.

Если же температура окружающей среды близка к температуре вашего тела или выше нее, вам не удастся избавиться от избытка энергии, выделяющейся в вашем организме в процессе метаболизма посредством излучения. И тут включается второй механизм. Вы начинаете потеть, и вместе с капельками пота через кожу покидают ваше тело излишки теплоты.

В вышеприведенной формулировке закон Стефана—Больцмана распространяется только на абсолютно черное тело, поглощающее всё попадающее на его поверхность излучение.

Реальные физические тела поглощают лишь часть лучевой энергии, а оставшаяся часть ими отражается, однако закономерность, согласно которой удельная мощность излучения с их поверхности пропорциональна Т 4, как правило, сохраняется и в этом случае, однако постоянную Больцмана в этом случае приходится заменять на другой коэффициент, который будет отражать свойства реального физического тела. Такие константы обычно определяются экспериментальным путем.

Источник: https://elementy.ru/trefil/21209/Zakon_StefanaBoltsmana

Лабораторная работа № 7 изучение законов теплового излучения нагретых тел и определение постоянной стефана- больцмана

Изучение закона Стефана-Больцмана и определение постоянной Планка. Фетисов И.Н.

Задание:изучить законы теплового излучения,определить постоянную Стефана-Больцмана.

Приборы и принадлежности: пирометр,источник электрического тока, амперметр,вольтметр.

Элементы теории

тела, нагретыедо достаточно высоких температур,светятся. Свечение тел, обусловленноенагреванием, называется тепловым(температурным) излучением. Тепловоеизлучение самое распространенное вприроде. Оно совершается за счет энергиитеплового движения атомов и молекул вещества (т.е.

за счет внутренней энергии)и свойственно всем телам при температуревыше 0 К. Тепловое излучение характеризуетсясплошным спектром, положение максимумакоторого зависит от температуры.

Привысоких температурах излучаются короткие(видимые и ультрафиолетовые) электромагнитныеволны, при низких — преимущественнодлинные (инфракрасные).

Основной количественной характеристикойтеплового излучения является спектральнаяплотность энергетической светимоститела Е.

Е=, (1)

где dW– энергия теплового излученияс единицы площади поверхности тела заединицу времени в интервале длин волнотдо+d.Спектральная плотность энергетическойсветимости зависит от длины волны,абсолютной температуры телаТ, атакже его материала и состояния. Единицаспектральной плотности энергетическойсветимости – Дж/м2.

Введем монохроматический коэффициентпоглощения тела А,который равен отношению потока излучения,поглощенного данным телом к потокуизлучения, упавшему на это тело,

А= , (2)

где А — величина безразмерная.Она зависит, помимо длины волны излученияи температуры тела, от его материала исостояния поверхности.

Тело, способное поглощать полностьюпри любой температуре все падающее нанего световые волны любых частот,направлений распространения и состоянийполяризации, называется абсолютночерным. Для него А1.

Тело, поглощательная способностькоторого меньше единицы, но одинаковадля всех длин волн и зависит только оттемпературы, материала и состоянияповерхности (т.е. А = соnst.1), называетсясерым телом.

Между спектральной плотностьюэнергетической светимости и коэффициентомпоглощения любого непрозрачного теласуществует соотношение (закон Кирхгофа):

=. (3)

Для произвольной частоты и температурыотношение спектральной плотностиэнергетической светимости тела к егокоэффициенту поглощения одинаково длявсех тел и равно спектральной плотностиэнергетической светимости ,Табсолютно черного тела, являющейсяуниверсальной функцией только длиныволны и температуры (универсальнаяфункция Кирхгофа).

Из закона Кирхгофа следует, что еслитело при данной температуре Тнепоглощает излучения в интервале длинволн отдо+d(А,Т=0), то оно не может при температуреТравновесно излучать в этом интерваледлин волн, так какЕ= А=0.

Зная спектральную плотность энергетическойсветимости, можно вычислить интегральнуюэнергетическую светимость (интегральнуюизлучательность):

ЕТd,(4)

которая представляет собой энергиюизлучения всех возможных длин волн,испускаемую с единицы поверхности телаза единицу времени.

Энергетическая светимость Т абсолютно черного тела равна:

Т=d. (5)

Соотношение между энергетическойсветимостью серого тела и его коэффициентомпоглощения имеет вид:

=АТ Т . (6)

Выдвинутая в 1900 г. немецким физиком М.Планком гипотеза квантования энергииизлучения позволила получить выражениедля спектральной плотности энергетическойсветимости абсолютно черного тела:

=(7)

где h– постояннаяПланка,с– скорость света,k– постоянная Больцмана.

Согласно гипотезе Планка энергия любойсистемы изменяется не непрерывно, аопределенными порциями – квантами.Спектральная плотность энергетическойсветимости, определяемая формулойПланка (7), прекрасно согласуется сэкспериментальными данными пораспределению энергии в спектрахизлучения черного тела во всем интервалечастот и температур.

На рис. 1 изображена серия кривых ,Т для различных температур излучающегоабсолютно черного тела (спектрыизлучения).

Согласно формуле Планка, для каждойдлины волны с ростомтемпературы показательи знаменатель дроби убывают, а самадробь возрастает. Следовательно, сростом температуры спектральнаяплотность энергетической светимостивозрастает во всех участках спектра,но в различной степени.

Энергетическая светимость абсолютночерного тела зависит от температуры:

εТ= σТ4, (8)

где σ – постоянная Стефана-Больцмана,σ = 5,67·10-8Вт/(м2·К4).

Это соотношение получило названиезакона Стефана-Больцмана.

Этот закон определяет зависимость Тот температуры, но не дает ответаотносительно спектрального составаизлучения черного тела. Распределениеэнергии в спектре черного теланеравномерно, как видно из рис. 1. Всекривые имеют явно выраженный максимум.

Из формулы Планка следуют также и законыспектрального смещения Вина:

λmaxT=b1;

где b1=2,9·10-зм∙К;B2 = 1,29.10–5вт. м-3К-5. Законсмещения Вина устанавливает зависимостьдлины волныmax,соответствующей максимальному значениюспектральной плотности энергетическойсветимостичерного тела, от

температуры Ти называется так,потому что показывает смещение положениямаксимума функциипо мере возрастания температуры вобласть коротких длин волн. Закон Винаобъясняет, почему при понижениитемпературы нагретых тел в их спектрепреобладает длинноволновое излучение.

Для серых тел закон Стефана-Больцманаимеет вид:

ЕТ = АТ σТ4.

Использование в лабораторной работе вкачестве объекта исследования сероготела позволяет делать выводы о законахтеплового излучения абсолютно черноготела.

Источник: https://studfile.net/preview/5241125/

Biz-books
Добавить комментарий