Задания и указания к их выполнению

З адание 1. Собрать цепь питания кинолампы на 150-300 Вт от выпрямителя ВС-24М (рис. 5), используя амперметр и вольтметр для контроля мощности лампы при разных напряжениях. Провести наблюдение через спектроскоп изменения спектра излучения лампы при разных накалах.

Задание 2. Пользуясь оптическим пирометром, измерить температуру нити накаливания лампы.

• В ключить накал нити пирометра.

• Тумблером на блоке питания включить накал исследуемой лампы.

• Ручкой “ток накала” установить ток, равный 2 А.

• Продольным перемещением объектива пирометра добиться резкого изображения спирали исследуемой лампы. Совместить часть нити пирометра со спиралью лампы, как показано на рис.6.

• Произвести измерение температуры спирали. Для чего, поворотом рифленого кольца, добиться исчезновения изображения нити пирометра на фоне спирали исследуемой лампы. Записать полученные температуру, ток и напряжение спирали исследуемой лампы в таблицу 1.

Следует помнить, что на шкалах пирометра температура указана в градусах Цельсия и требует пересчета на шкалу Кельвина.

Таблица 1

n/n	I, А	U, В	W, Вт	t, ºС	T, К	R=W/S, Вт/м2
1
2
3

• Увеличивая силу тока с шагом 0,5 А и записывая каждый раз значение напряжения, измерить в каждом случае температуру спирали. При этом нужно иметь в виду, что нить накала обладает тепловой инерцией. Инерционен в восприятии яркостей также человеческий глаз, поэтому все регулировки должны быть плавными. Каждое измерение температуры (для одного и того же значения тока спирали исследуемой лампы) необходимо произвести несколько раз, изменяя накал нити пирометра и вновь добиваясь ее исчезновения на фоне спирали исследуемой лампы. Данные занести в таблицу 1.

• Произвести расчет полной мощности W=IU, потребляемой лампой в каждом конкретном случае.

• О пределить площадь излучения лампы S, для этого измерьте расстояние от лампы до линзы а, от линзы до экрана b, высоту изображения лампы h (рис.7)

(4)

• Рассчитать мощность, излучаемую с единицы площади, из соотношения, R=W/S, где W – полная мощность, а S – площадь.

• Построить график в функциональном масштабе (по вертикальной оси откладывается величина W/S, по горизонтальной – температура в градусах Кельвина в четвертой степени). По наклону графика определить постоянную Стефана – Больцмана σ (рис.8)

• Сравните полученное значение σ с табличным значением. Совпадают ли в пределах погрешностей эти значения?

Контрольная карточка № 1.

1. Какова природа теплового излучения и каков физический механизм теплового излучения при различных температурах?

2. Назовите основные характеристики теплового излучения. В чем суть закона Кирхгофа?

3. Н а какую длину волны λ_mах приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела при t=0ºС?

4. Температура Т верхних слоев звезды Сириус равна 10 кК. Определить поток энергии, излучаемый с поверхности площадью S=1 км² этой звезды.

5. На рисунке 9 представлены графики зависимости спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела от частоты при различных температурах. Какой график соответствует наибольшей температуре?

Контрольная карточка № 2.

1. Как определить на глаз температуру нагретого тела?

2. Что такое ультрафиолетовая катастрофа? Сформулируйте квантовую гипотезу Планка.

3. Определить температуру Т абсолютно черного тела, при которой максимум спектральной плотности энергетической светимости приходится на красную границу видимого спектра (λ=750 нм), на фиолетовую (λ=380 нм).

4. Т емпература верхних слоев Солнца равна 5,3 кК. Считая Солнце абсолютно черным телом, определить длину волны λ_mах, которой соответствует максимальная спектральная плотность энергетической светимости Солнца.

5. На рисунке 10 показана кривая зависимости спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела от длины волны при Т=6000К. Если температуру тела уменьшить в 4 раза, то как изменится длина волны, соответствующая максимуму излучения абсолютно черного тела?

Контрольная карточка № 3

1. Какие лучи поглощает зеленый светофильтр? Какие лучи лучше отражает и поглощает красный бархат?

2. Почему тепловое излучение снижает температуру тела?

3. Определить температуру Т, при которой энергетическая светимость абсолютно черного тела равна 10 кВт/м².

4. Максимум спектральной плотности энергетической светимости яркой звезды Арктур приходится на длину волны λ_mах=580 нм. Принимая, что звезда излучает как абсолютно черное тело, определить температуру Т поверхности звезды.

5. Во сколько раз нужно увеличить термодинамическую температуру абсолютно черного тела, чтобы его энергетическая светимость возросла в 2 раза?

Контрольная карточка № 4

1. Почему зрачок глаза имеет черный цвет?

2. Каковы частотные пределы применимости формул Вина и Рэлея-Джинса для спектральной плотности энергии излучения абсолютно черного тела?

3. Вследствие изменения температуры черного тела максимум спектральной плотности сместился с λ₁=2,4 мкм на λ₂=0,8 мкм. Как и во сколько раз изменились энергетическая светимость тела и максимальная спектральная плотность энергетической светимости?

4. Определить энергию, излучаемую за время t=1 мин из смотрового окошка площадью S=8 см² плавильной печи, если ее температура Т=1,2 кК.

5. На какую длину волны λ приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела, имеющего температуру, равную температуре t=37 ºС человеческого тела?