Литература Шпольокий Э. В. Атомная физика. М.: Физматгиз, 1974. T. I, гл. Yii, § 80, 84, 88 и 89, с. 267-291 - davaiknam.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Дисциплины «Оптика и атомная физика» 1 19.05kb.
Методические рекомендации по решению задач соответствуют разделу... 2 376.99kb.
Атомная физика 1 50.48kb.
Учебное пособие для студентов Изд. 2 и др изд., Москва 1974 г. 1 34.19kb.
Литература русский язык. 1С репетитор Фраза 1 34.31kb.
Программ а курса “Атомная физика” Микромир 1 40.99kb.
Литература 100 (егэ) История 96 (егэ) Русский язык 95 (егэ) 11 2093.78kb.
Программа курса «Атомная и ядерная физика» 1 183.16kb.
Первое поколение эвм 1 44.08kb.
Атомная физика …Замечательным открытием Гельмгольца о законе вихревого 2 434.45kb.
Перечень дат по Красноярскому краю на 2013 год 7 932.43kb.
Термодинамика и стат физика 1 13.08kb.
Направления изучения представлений о справедливости 1 202.17kb.

Литература Шпольокий Э. В. Атомная физика. М.: Физматгиз, 1974. T. I, гл. Yii, § - страница №1/1



Лабораторная работа 8.4.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ЗАКОНА ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПЛАНКА

Литература

  1. Шпольокий Э.В. Атомная физика. М.: Физматгиз, 1974. T.I, гл.YII, § 80, 84, 88 и 89, с.267-291.

  2. Зисман Г.А., Тодеc О.М. Курс общей физики. М.: Наука, 1968. Т.3, гл.IX, § 30, 32 и 33, с.192-214.

Цель работы - построение по опытным данным кривой распреде­ления излучения чёрного тела по длинам волн (по частотам) и оз­накомление с методами оптической радиационной пирометрии.

В работе используется метод измерения суммарного теплового потока с помощью радиационного пирометра c телескопом ТЕРА-50.



Формула закона Планка и ее графическая интерпретация.

В результате внутриатомных процессов, проходящих в каком-ли­бо теле при его нагревании, кинетическая анергия теплового дви­жения преобразуется в электромагнитное излучение, возникающее в результате изменения энергетических состояний атомов и ионов, входящих в состав излучающего тела.

О тепловом излучении говорят только в тех случаях, когда оно исходит от большого количества частиц, к которым может быть при­менено статистическое понятие теплового состояния и температуры.

Этот вид излучения может существовать независимо от агрегат­ного состояния вещества - в газообразных, жидких и твердых телах.

Основной особенностью теплового излучения является его равновесность: в изолированной системе тел, имеющих разные началь­ные температуры, в результате теплообмена устанавливается рав­новесная температура. Источником электромагнитного излучения служит тепловая энергия тел.

Спектр теплового излучения твердых и жидких тел непрерывен и имеет ярко выраженный максимум, положение которого зависит от температуры вещества.

Для решения проблемы распределения электромагнитной энергии по частотам (длинам волн) при тепловом равновесии Планк ввел по­нятие гармонического осциллятора c частотой w для представле­ния собственного колебания (или моды) электромагнитного поля а частотой W в полости с зеркальными стенками. Так была впервые сформулирована гипотеза квантов:

ε = ħω, h = 2πħ . (1)

Квантовая механика интерпретирует излучение черного тела .в виде такой абстракции, как идеальный фотонный газ, система неразличи­мых частиц с целочисленным спином. Свойства частиц с целочислен­ным спином (бозонов), к которым относится и фотонный газ, описы­ваются статистикой Бозе - Эйнштейна.

Исходя из гипотезы квантов и молекулярной статистики, Планк нашел аналитический вид функции распределения для фотонов. Сред­нее вероятное число фотонов с энергией εi по Планку

(2)

Для вывода закона распределения энергии в спектре равновесного излучения вводится понятие фазового пространства - многомерное пространство всех обобщенных координат qi и обобщенных импуль­сов Pi. В фазовом пространстве выделяют фазовый объем (объем зеркального ящика) и его элементарную ячейку, равную



(3)

где dP и dq - обобщенный импульс и координата соответственно.

Фазовый объем в пространстве импульсов в интервале P, P + dP (рис.1) равен 4π·P2 dP. Число элементарных ячеек в нем

(4)

Число элементарных ячеек, т.е. квантовых фотонных состояний, во всем объеме V зеркального ящика



(5)

Рис. 1. Схема фазового объёма в пространстве импульсов


Фотон электромагнитного излучения обладает импульсом

P = ħ·ω/c (6)

Число квантовых энергетических состояний (ячеек) в интервале частот ω, ω+dω определится, если выразить импульс Р и dP через частоту ω и подставить в формулу (5).



(7)

Среднее вероятное количество фотонов в интервале частот ω, ω+dω находится умножением числа квантовых энергетических состояний (7) на функцию распределения Планка.



(8)

Закономерность для спектральной плотности энергетической свети­мости черного тела выражается следующим уравнением (если пере­множить формулы (8) и (1) и разделить на V):



(9)

Описание экспериментальной установки
В качестве источника теплового излучения использована гало­генная лампа 1 накаливания типа КИМ 220-1000-1 благодаря ее высокой световой отдаче, большому сроку службы, весьма малым габаритам, высокой яркости и постоянству световых характеристик в процессе работы. По своей энергетической светимости галогенная лампа близка к светимости черного тела. Излучение лампы пропуска­ется через светофильтры 2 с полосой пропускания 50 нм и коэф­фициентом пропускания 0,3. Светофильтры выделяют излучение с длинами волн от 350 до 800 нм через 50 нм. Спектральное излуче­ние с помощью линзы 3 фокусируется на приемник излучения 4 пирометра. С помощью батареи термопар лучистая энергия преобра­зуется в электрическую c некоторым коэффициентом преобразования a. Так как электрическая энергия пропорциональна напряже­нию U на сопротивлении термопары ET = a·U, то

(10)
Итак

(11)

Для данной температуры с изменением частоты будет меняться и напряжение на сопротивлении пирометра. Изменение напряжения фиксируется милливольтметром. Кривая распределения излучения строится в координатах UT и ω(λ).







Порядок выполнения работы

  1. Включить установку в сеть напряжением 220 В.

  2. Переключателем устанавливать последовательно температу­ры T1 = 1000 °C, T2 = 1500 °С и Т3 = 2000 °С.

  3. Для каждой из температур получить показания милливольтметра в зависимости от указанных на фильтрах длин волн.

  4. Полученные данные записать в таблицу.

Таблица 1



№ п/п

Спектр в частотах

U, мВ

T1

T2

T3

1

Инфракрасный













2

Красный













3

Оранжевый













4

Желтый













5

Зеленый













6

Голубой













7

Синий













8

Фиолетовый













9

Ультрафиолетовый














Задания

  1. Построить графики изменения напряжения на сопротивлении термопары для 3 температур на 1 листе миллиметровой бумаги.

  2. Из графика закона Планка сделать выводы:

а) Как зависит ρ(ω) от температуры?

б) Как ρ(ω) распределяется по частотам?



в) Куда смещается максимум ρ(ω) при повышении темпе­ратуры?

Контрольные вопросы


  1. Какова особенность теплового излучения?

  2. В чем состоит физическая сущность гипотезы квантов?

  3. Какие части кривой распределения представляются соотноше­ниями: ħω = kT, ħω >> kT, ħω << kT ?

  4. Какое тело называется черным?

  5. Вывести из закона Планка закон Стефана-Больцмана, Вина и Релея – Джинса.

  6. В чем суть ультрафиолетовой катастрофы?

  7. Отличие распределений Больцмана, Ферми – Дирака и Бозе – Эйнштейна.






Если бы ты был другим человеком, хотел бы ты быть своим другом?
ещё >>