Порядок выполнения работы

Подготовка экспериментальной установки к работе

1. Включите пирометр. Установите кольцевым реостатом температуру нити 900 ° С.

2. Проверьте установку светофильтров. Красный светофильтр должен быть введен, а дымчатый – выведен. Введение и выведение красного светофильтра проводится вращением рифленого кольца на окуляре. Введение и выведение дымчатого светофильтра осуществляют вращением кнопки, установленной на корпусе пирометра.

3. Задвигая и выдвигая окуляр, добейтесь резкого изображения дугообразной нити эталонной лампы.

4. Включите исследуемую лампу. Наведите трубу пирометра на нить исследуемой лампы. Получите ее четкое изображение, перемещая от себя или к себе оправу объектива пирометра. Окуляр при этом трогать не следует.

Определение постоянной Стефана-Больцмана

5. Изменяя ток в цепи исследуемой лампы, добейтесь одинаковой яркости нити исследуемой лампы и нити пирометра (при температуре 800 ° С). В местах их пересечения границы нитей должны исчезнуть.

6. Занесите в табл. 1 значения I и U, соответствующие температуре 800 °С. Повторите измерения еще два раза и занесите данные в эту же таблицу.

7. Установите пирометр на 1000 ° С, проведите измерения, как указано в п. п. 5 и 6.

8. Выполните аналогично прежним измерения при температуре 1200 ° С.

Таблица 1

№ п.п	T, К	I, А	U, В	, Вт /(м 2× К 4)	, Вт /(м2×К4)	()2, (Вт /(м 2× К 4))2
Среднее ее значение, сумма

9. Введите дымчатый светофильтр. При введенном светофильтре необходимо использовать нижнюю шкалу температур пирометра. Выполните измерения для температур 1200, 1400, 1600 ° С.

10. Постройте график зависимости температуры нити исследуемой лампы накаливания от тока, имея в виду, что для T = 1200 ° С имеются два разных значения. При построении графика необходимо брать среднее значение этих измеренных величин.

11. Вычислите среднее значение постоянной Стефана-Больцмана. Погрешность её рассчитайте как для результатов прямых измерений. Постройте график изменения мощности теплового потока от температуры.

Контрольные вопросы

1. Какова природа и особенности теплового излучения?

2. Какими величинами характеризуется тепловое излучение?

3. Какими законами описывается тепловое излучение?

4. Что называется абсолютно черным телом?

5. Что такое яркостная температура?

6. Каково назначение красного и дымчатого светофильтров?

7. Объясните название «пирометр с исчезающей нитью»?

ВАРИАНТЫ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ЗАДАНИЙ

Вариант 1

1. Определите температуру очага пожара в закрытом помещении, если в отверстие в стене площадью 6 см ² за 1 с излучается энергия, равная 36 Дж. Излучение считать близким к излучению абсолютно черного тела.

2. Принимая температуру накала нити электрической лампочки, равной 2000 ° С, определить длину волны, на которую приходится максимум энергии в спектре ее излучения? В какой части спектра лежит эта длина волны?

3. а) Дайте определения и укажите единицы измерения в СИ: излучательной способности (); поглощательной способности тела .

б) Чему равны поглощательная и излучательная способности в состоянии теплового равновесия с излучением абсолютно черного тела; идеально отражающей поверхности.

в) Укажите связь энергетической светимости R и излучательной способности тела.

г) Курсант нарисовал кривые распределения энергии в спектре излучения абсолютно черного тела для двух температур. В чем заключается ошибка?

Вариант 2

1. Металлическая перегородка площадью 2 м ² нагрета в результате пожара до температуры 227 ° С. Излучение считать близким к излучению абсолютно черного тела. Определите количество тепла, излучаемого перегородкой за 1 с.

2. Имеются два абсолютно черных источника теплового излучения. Температура одного из них T ₁ = 2500 К. Найдите температуру другого источника, если длина волны, отвечающая максимуму его излучательной способности на = 0,5 мкм больше длины волны, соответствующей максимуму излучательной способности первого источника.

a) Дайте определение и укажите единицы измерения в СИ излучательной способности и ; поглощательной способности .

б) На опыте было установлено, что зависимость поглощательной способности некоторых тел от длины волны имеет следующий вид:

Среди этих графиков один явно ошибочный. Какой из трех? Из оставшихся укажите, какой из них соответствует абсолютно черному телу?

в) Курсант, экспериментально используя спектральный прибор, изучал спектральные характеристики излучения абсолютно черного тела при температуре Т. Он построил первоначально теоретическую кривую (кривая 1), а затем нанес экспериментальные данные (кривая 2). Почему можно сразу утверждать, что экспериментальная кривая ошибочна?

Вариант 3

1. Дайте определение и укажите единицы измерения в СИ: энергетической светимости тела R; постоянной Стефана-Больцмана.

При открытой дверце печи внутри нее поддерживается температура 800 ° С. Размеры дверцы (22´15) см². Какое количество энергии в секунду получает комната от печи через открытую дверцу?

2. Определите длину, на которую приходится максимум энергии в спектре звезды с температурой 30000 К? В какой части спектра лежит эта длина волны?

3. а) Дайте определения и укажите единицы измерения в СИ: излучательной способности и ; поглощательной способности тела .

б) Чему равна поглощательная способность абсолютно черного тела, серого тела, идеально отражающей поверхности?

в) Укажите связь между излучательной и поглощательной способностями нагретых тел.

г) Два тела одинаковой формы и размеров нагреты до начальной температуры Т ₀, изолированы друг от друга и помещены в вакуум. Одно из тел сделано из стекла, а другое из графита. На рисунке представлены зависимости температуры остывающих тел.

Какому из тел соответствует зависимость 1, а какому зависи-
мость 2?

Вариант 4

1. Дайте определение и укажите единицы измерения в СИ: а) энергетической светимости тела R; б) постоянной Стефана-Больцмана.

Во сколько раз излучение абсолютно черного тела при 100 ° С больше, чем при 0 ° С?

2. Зная, что в спектре Солнца максимум энергии приходится на длину волны 550 нм, определите температуру поверхности Солнца.

3. а) Дайте определение и укажите единицы измерения в СИ: излу-чательной способности и ; б) поглощательной способности тела .

б) Может ли поглощательная способность реального тела быть больше единицы?

в) Внутри замкнутой полости находится равновесное тепловое излучение со спектральной объемной плотностью U (w, T). поглощательная способность стенок полости . Чему равны излучательная способность , энергетическая светимость R стенок полости?

г) В энергетическом распределении излучения абсолютно черного тела выделены два участка, площади которых одинаковы. Одинаковы ли мощности излучения, приходящиеся на соответствующие интервалы длин волн?

Вариант 5

1. Дайте определение и укажите единицы измерения в СИ:

а) энергетической светимости тела R; б) постоянной Стефана-Больцмана.

Имеются два светящихся тела: первое – пламя пожара, второе – монохроматический источник света (например, лазер). Можно ли вычислить энергетическую светимость этих тел по формуле ?

2. Энергетическая светимость абсолютно черного тела R = 250 кВт / м ². На какую длину волны приходится максимум излучательной способности абсолютно черного тела?

3. Дайте определение и укажите единицы измерения в СИ: излучательной способности (); поглощательной способности .

а) Укажите, какая из трех указанных зависимостей соответствует абсолютно черному телу; «серому телу»?

б) Стенки полости с малым отверстием поддерживаются при температуре Т. Выходящее из отверстия тепловое излучение анализируется с помощью спектрографа. Изобразите примерный график , представляющий спектральный состав излучения. Чему равна энергетическая светимость R отверстия и как она выражается посредством функции ?

Вариант 6

1. а) Дайте определение и укажите единицы измерения в СИ: энергетической светимости тела R; постоянной Стефана-Больцмана.

б) Поверхность Солнца близка по своим свойствам к абсолютно черному телу. Температура солнечной поверхности Т = 5785 К. Вычислите энергию Е, излучаемую Солнцем за 1 с в виде электромагнитных волн. Какая доля этой энергии за 1 с попадает на Землю за пределами ее атмосферы? (Радиус Солнца равен 6,96×10³ м, радиус Земли равен 6,4×10⁶ м, расстояние от Солнца до Земли равно 1,5×10¹¹ м).

2. Известно, что Вселенная заполнена равновесным реликтовым излучением, температура которого в настоящее время оценивается в 3 К. На какую длину волны следует настроить приемник, чтобы зарегистрировать максимум энергии этого излучения?

3. а) Дайте определение и укажите единицы измерения в СИ: излучательной способности (); поглощательной способности .

б) Излучательная способность воображаемого тела дается функцией

где Р – постоянная. Найти энергетическую светимость R тела. Можно ли считать данное тело абсолютно черным?

в) Курсант с помощью спектрального прибора проводил исследование пламени, температура которого уменьшается со временем. Он получил две кривые спектрального распределения интенсивности излучения. Какая из этих кривых соответствует более высокой температуре пламени?

Вариант 7

1. а) Дайте определение и укажите единицы измерения в СИ: энергетической светимости тела R; постоянной Стефана-Больцмана.

Огненный шар от воздушного ядерного взрыва имеет радиус
R ₀ = 100 м и температуру 12000 К. Полагая, что шар является абсолютно черным телом, вычислите:

· энергетическую светимость шара;

· энергию электромагнитного излучения, испускаемого шаром
за 1 с;

· радиус, в пределах которого незащищенный человек получит термический ожог в момент взрыва. Допустимая плотность теплового потока принять равной 10 кВт / м ².

2. На какую длину приходится максимум излучательной способности этого шара? В какой части спектра лежит эта длина волны?

3. а) Дайте определение и укажите единицы измерения в СИ: излучательной способности (); поглощательной способности .

б) Чему равна поглощательная и излучательная способность в состоянии теплового равновесия с излучением идеально отражающей поверхности; абсолютно черного тела.

в) Курсант нарисовал кривые распределения энергии в спектре излучения абсолютно черного тела для двух температур.

В чем заключается ошибка. Нарисуйте качественно правильные кривые распределения.

Вариант 8

1. а) Дайте определение и укажите единицы измерения в СИ: энергетической светимости тела R; постоянной Стефана-Больцмана.

б) Тело человека имеет температуру 36,6 ° С. Принимая человека за абсолютно черное тело, оцените его энергетическую светимость.

г) Полагая площадь поверхности кожи человека 1,7 м², оцените количество энергии, излучаемой за 1 с человеком. Сравните эту величину с мощностью обычной электрической лампочки, работающей при напряжении 22 В и силе тока 0,3 А.

2. В каком спектральном диапазоне лежит длина волны, соответствующая максимальной излучательной способности тела человека.

3. а) Дайте определение и укажите единицы измерения в СИ: излучательной способности (); поглощательной способности .

б) Излучательная способность некоторого тела описывается законом , где и – постоянные. Является ли это тело абсолютно черным?

в) В результате измерений спектрального распределения излучения пламени была получена кривая, показанная на рисунке.

Как по этим результатам определить энергетическую светимость пламени? Как определить объемную плотность излучения пламени в интервале частот от до ?

Вариант 9

1. а) Дайте определение и укажите единицы измерения в СИ: энергетической светимости тела R; постоянной Стефана-Больцмана. Чему равна мощность излучения абсолютно черного тела, площадь которого равна S?

б) Найдите температуру пламени, охватившего помещение, если известно, что из окна площадью S = 1,5 м ² излучается мощность Q = 150 кВт.

в) На какую длину волны приходится максимум излучательной способности этого пламени? В какой части спектра лежит эта длина волны?

2. а) Дайте определение и укажите единицы измерений в СИ: излучательной способности (); поглощательной способности .

б) Внутри замкнутой полости находится равновесное тепловое излучение со спектральной объемной плотностью U (w, T). Поглощательная способность стенок полости . Чему равна излучательная способность ; энергетическая светимость R стенок полости?

в) Проводя спектральные исследования излучения пламени, курсант получил кривую 2, показанную на рисунке. На этом же рисунке он изобразил теоретическую зависимость распределения при данной температуре. Кривая 2 состоит из трех участков: от до и от до все ординаты кривой 2 вдвое ниже ординат кривой 1. На участке от до значение остается постоянным. Нарисуйте распределение поглощательной способности этого пламени.

1 – теоретическая кривая, 2 – экспериментальная кривая .

Вариант 10

1. а) Дайте определение и укажите единицы измерения в СИ: энергетической светимости тела R; постоянной Стефана-Больцмана.

б) Минимальный тепловой поток, вызывающий воспламенение сухой древесины, составляет 12 кВт / м ². На некотором расстоянии от деревянного здания находится источник пламени в виде шара диаметром D = 5 м. Температура в пламени составляет 110 ° С. Вычислите:

· энергию, излучаемую пламенем в 1 с;

· на каком минимальном расстоянии находится здание, если не происходит его возгорание? (Пламя считать абсолютно черным телом и потерями энергии пренебречь).

2. На какую длину приходится максимум излучательной способности пламени с указанной выше температурой? В какой части спектра лежит эта длина волны?

3. а) Дайте определение и укажите единицы измерения в СИ: излучательной способности (); поглощательной способности .

б) В результате измерений поглощательной способности некоторых источников пламени были получены следующие результаты:

Один из этих графиков ошибочен. Укажите какой и объясните почему? Из оставшихся укажите график, соответствующий идеально отражающей поверхности.

· Для какого из этих источников энергетическая светимость ?

· Изобразите качественный вид зависимости для этого источника.

Под общей редакцией

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: