Лабораторные работы по физике Примеры выполнения задания

Лабораторные работы физика
  • Измерение показателя преломления жидкости рефрактометром
  • Дисперсия света
  • Определение процентного содержания белка в молоке
  • Интерференция света
  • Интерференция света в тонких пленках
  • Определение радиуса кривизны линзы с помощью кроец Ньютона
  • Определение малых разностей показателей преломления интерферометром
  • Естественный и поляризованный свет
  • Поляризация при отражении и преломлении
  • Вращение плоскости поляризации
  • Эксперементальная проверка закона Малюса
  • Определение показателя преломления вещества
  • Изучение эффекта Фарадея
  • Изучение внутренних напряжений в твердых телах оптическим методом
  • Дифракция света
  • Метод зон Френелях
  • Дифракция от прямоугольной щели .
  • Дифракционная решетка
  • Определение длины световой волны
  • Законы поглащения света
  •  Квантовая природа света Тепловое излучение тел
  • Оптическая пирометрия
  • Определение постоянной Стефана-Больцмана
  • Определение температуры нити кинолампы
  • Изучение внешнего фотоэффекта
  • Определить красную границу фотоэффекта
  • Применение универсального фотометра ФМ-56
  • Волновая и квантовая оптика
  • Явление полного внутреннего отражения.
  • Принцип Гюйгенса.
  • Метод Юнга. Получение интерференционной картины
  • Интерференция света в тонких пленках
  • Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля.
  • Дифракция Френеля на круглом отверстии и диске.
  • Дифракция Фраунгофера на дифракционной решетке
  • Естественный и поляризованный свет
  • Поляризация света при двойном лучепреломлении
  • Анализ плоскополяризованного света. Закон Малюса
  • Искусственная оптическая анизотропия
  • Взаимодействие элетромагнитных волн с веществом
  • Тепловое излучение тел
  • Квантовый характер излучения
  • Фотоэлектрический эффект
  • Лабораторная работа 313

    Определение постоянной Стефана-Больцмана

    Цель работы - ознакомиться с законами теплового излучения, изучить работу оптического пирометра, измерить с его помощью температуру нагретого те­ла, определить величину постоянной Стефана-Больцмана.

    Принципиальная схема оптического пирометра с исчезающей нитью приведена на рис. 4. Исследуемым телом S служит нить кинолампы при разных значениях подводимой к ней мощности.

    При температуре окружающей среды Т0 энергетическая светимость нити может быть выражена формулой (4);

    RTo = σTo4

     При пропускании электрического тока через кинолампу температура нити повысится до Т. При этом энергетическая светимость станет равной

    RT = σT4

     Из определения энергетической светимости (с.З) следует, что мощность, затрачиваемая на поддержание температуры Т нити в среде с температурой Т0 равна (RT - RTo)S, где S- площадь поверхности излучения нити кинолампы. При высокой температуре эта мощность будет равна мощности тока накала и может быть определена по показаниям вольтметра 5 и амперметра 6 (рис.6):

    (RT - RTo)S = IU,

    или

    σ(To - To4)S = IU

    где I - сила тока в кинолампе; U - падение напряжения на кинолампе. Отсюда 

     (23)

    Поскольку температура накала Т нити кинолампы в несколько раз превышает температуру Т0 окружающей среды, формулу (23) можно представить в виде

     (24)

    Описание установки

    Общий вид установки для измерения температуры тела оптическим пирометром представлен на рис. 6, где 1 - пирометр типа ОППИР-09; 2 – блок питания эталонной лампы накаливания Л пирометра (см. рис. 4); 3 - кинолампа, нить которой служит исследуемым телом; 4 - автотрансформатор ЛАТР, питающий кинолампу; 5 - вольтметр, измеряющий напряжение U, подаваемое на кинолампу; 6 - амперметр для измерения тока накала I кинолампы; 7 – рифленое кольцо; 8 - шкала измерительного гальванометра G, вмонтированного внутрь пирометра; 9 - оправа окуляра; 10 - ручка красного светофильтра Ф2 ; 11 -объектив.

     В корпус пирометра вмонтирован реостат, регулирующий силу тока в цепи эталонной нити накаливания. Движок реостата в виде рифленого кольца 7 расположен на передней стенке корпуса. Ток накаливания увеличивается поворотом этого кольца по часовой стрелке.

     Рис. 5

    Шкала 8 измерительного гальванометра G проградуирована в градусах Цельсия. Температуры ниже 1200°С измеряют по верхней шкале гальванометра. Температуры выше 1200°С измеряют по нижней шкале, предварительно введя в поле зрения серый светофильтр Ф1; (см, рис. 4) с помощью накатанной головки, расположенной на корпусе гальванометра позади шкалы. Светофильтр введен, если белая указательная точка на головке совпадает с индексом «20» на корпусе;

    светофильтр не введен, если индекс и точка смещены на 1/4 оборота. Красный светофильтр Ф2 расположен в оправе окуляра 9.

    Порядок выполнения работы

    1. Включить ЛАТР в сеть 127 В, предварительно установив указатель рукоятки ЛАТРа на нулевую отметку.

    2. Вывести оба светофильтра пирометра для удобства фокусировки.

    3. Вращением кольца реостата 7 пирометра довести накал эталонной нити пирометра примерно до 1000°С (по шкале 8). При этом в окуляре 9 должна наблюдаться раскаленная дугообразная нить пирометра.

    4. Продольным перемещением окуляра сфокусировать нить так, чтобы она была отчетливо видна в поле зрения окуляра.

    5. Постепенно вращая рукоятку ЛАТРа по часовой стрелке, довести нить кинолампы до красного накала.

    6. Направить пирометр на кинолампу и продольным перемещением объектива 11 добиться четкого изображения спирали кинолампы. Обе нити должны быть четко видны в окуляр. Расстояние между пирометром и кинолампой должно составлять примерно 50 см.

    7. Рукояткой ЛАТРа установить напряжение на кинолампе равным 20 В.

    8. Вращая кольцо реостата 7 пирометра при введенном красном свето­фильтре Ф2 добиться полного исчезновения эталонной нити накаливания на фоне изображения нити кинолампы. Этот опыт повторить несколько раз, подходя к этому положению поочередно от большей яркости, когда эталонная нить кажется светлой на темном фоне, и от меньшей яркости, когда эталонная нить кажется темной на светлом фоне.

    9. Отсчитать по верхней шкале 8 прибора значение яркостной температуры tярк нити кинолампы, перевести это значение в градусы Кельвина (Тярк ) и по графику на лабораторном столе или на рис. 7 определить температуру Т.

    10. Полученные значения температур и соответствующие показания вольтметра 5 и амперметра 6 занести в табл. 2.

    11. Измерить температуру Т при напряжениях 30 и 40 В, следуя указаниям в пунктах 8-10.

    12. После измерений повернуть кольцо реостата пирометра против часовой стрелки до упора и отключить ЛАТР от сети.

    13. По формуле (24) подсчитать величину постоянной Стефана-Больцмана для каждого отсчета температуры (S = 1,4 •10-4 м2).

    Таблица2

    №№ п/п

    [U, В

    ЛI, А

    {tярк °С

     Tярк °С

     T, K

     σi

     Вт/м2*К4

     σcр

     Вт/м2*К4

    1

    1

    "

    2

    3

    Рис.7

    По окончании вычислений произвести оценку ошибок полученных результатов для постоянной Стефана - Больцмана о", по следующей схеме:

    1. Вычислить среднее арифметическое значение измеряемой величины:

    где п -число измерений.

    2. Найти остаточные ошибки отдельных измерений:

    3. Вычислить среднюю квадратичную ошибку среднего значения;

     

    4. При заданной доверительной вероятности δ = 0,95 по таблице Стьюдента найти коэффициент Стьюдента для п измерений, tδ(п).

    5. Оценить границы доверительного интервала результата измерений:

     

    6. Вычислить относительную погрешность:

     

    7. Окончательный результат записать в виде

    8. Сравнить полученное значение постоянной Стефана - Больцмана   с табличным σT = 5,7*10-8 Вт/(м2*К4)

     

    Интерференция света