- •© Фгбоу впо «Тамбовский государственный технический университет» (тгту), 2012 Введение
- •2. Определение газовой постоянно r.
- •3. Проверка первого начала термодинамики.
- •Описание установки:
- •Порядок выполнения работы:
- •Обработка результатов измерений:
- •Контрольные вопросы:
- •Лабораторная работа № 2 Определение отношения Ср/Сv (для воздуха методом Клемана - Дезорма).
- •Технические характеристики
- •Устройство и принцип работы лабораторной установки
- •Краткая теория
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №3 «Определение отношения молярных теплоемкостей Ср/Сv методом измерения скорости звука»
- •Порядок выполнения работы.
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 4 Определение приращения энтропии при нагревании и плавлении олова.
- •Устройство и принцип работы лабораторной установки (рис.2.1)
- •Технические характеристики
- •Краткая теория.
- •Порядок выполнения работы
- •Устройство и принцип работы лабораторной установки (рис.1)
- •Теоретические основы работы:
- •Порядок выполнения работы:
- •Лабораторная работа №6 Экспериментальное определение коэффициента внутреннего трения воздуха.
- •Технические характеристики
- •Порядок выполнения работы:
- •Атомная, квантовая и ядерная физика Лабораторная работа №7 Определение постоянной в законе Стефана –Больцмана
- •Методические указания
- •Порядок проведения эксперимента.
- •Обработка результатов измерений
- •Задание 3.
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №8 Изучение внешнего фотоэффекта.
- •Краткая теория
- •Описание установки
- •З адания
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №9 Наблюдение спектра атомарного водорода и определение постоянной Ридберга.
- •Краткая теория.
- •Описание установки
- •Ход работы
- •Контрольные вопросы.
- •Лабораторная работа №10 опыт франка и герца
- •1 Введение
- •2 Схема опыта
- •3 Анодная и задерживающая характеристик
- •3.1 Анодная характеристика в вакууме
- •3.2 Анодная характеристика при наличии паров ртути
- •3.3 Характеристика задержки и функция распределения электронов по энергиям
- •4 Учебный лабораторный комплекс «Опыт Франка и Герца»
- •Приборная часть.
- •4.2 Компьютерно-програмная часть.
- •5 Эксперимент
- •Подготовительный этап.
- •Настройка и запись вольтамперных характеристик.
- •Исследование и печать вольтамперных характеристик.
- •5.4 Определение первого резонансного потенциала возбуждения атомов ртути и расчет длины волны соответствующего перехода.
- •Расчет вероятности упругого и неупругого взаимодействий электронов с атомами ртути.
- •Контрольные вопросы.
- •Изучение ядерных реакций
- •Общие сведения и методические указания
- •Порядок выполнения работы
- •Теория метода и описание установки.
- •Задание 1. Получение экспериментальных данных по температуре (т) и времени (t) охлаждения образца.
- •Задание 2. Нахождение производных в окрестностях температур.
- •Задание 3. Определение удельной теплоемкости железа и алюминия. Построение графика зависимости молярной теплоемкости от температуры.
- •Задание 4. Определение коэффициента теплоотдачи.
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы Задание 1
- •Задание 2
- •Лабораторная работа №14
- •Литература
Задание 3.
Определение постоянной Стефана – Больцмана.
Выражение (10) представляет собой уравнение прямой, для которой B – угловой коэффициент. Построив график зависимости от можно определить значение коэффициента, а затем, используя выражение (9), рассчитать постоянную Стефана-Больцмана.
(11)
Отсюда
, (12)
.
Таким образом, для определения постоянной Стефана – Больцмана необходимо сделать следующие действия:
Возведите истинную температуру T в четвертую степень. Результат занесите в таблицу 1.
Постройте график зависимости от .
Определите угловой коэффициент как тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс.
Рассчитайте величину постоянной Стефана – Больцмана по формуле (12). Сравните получившееся значение с табличным.
Контрольные вопросы
Назвать основные характеристики теплового излучения различных тел и соотношения между ними.
Какое тело называется абсолютно черным?
Сформулировать закон Кирхгофа для теплового излучения.
Как распределяется энергия в спектре абсолютно черного тела.
Дать формулировку закона Стефана-Больцмана.
Сформулировать закон Вина.
Что называют «ультрафиолетовой катастрофой»? Формула Релея-Джинса.
Написать формулу Планка для лучеиспускательной способности абсолютно черного тела.
Какие законы теплового излучения вытекают из формулы Планка?
Принцип действия и устрой ство
Принцип действия и устройство яркостного пирометра.
Лабораторная работа №8 Изучение внешнего фотоэффекта.
Цель работы: получение вольтамперных и световых характеристик вакуумного фотоэлемента.
Приборы и принадлежности: установка, позволяющая перемещать источник света относительно фотоэлемента, источник тока, микроамперметр, вольтметр.
Краткая теория
Внешним фотоэффектом называется испускание электронов веществом под действием света. Это явление впервые было обнаружено Г. Герцем в 1887 году и детально исследовано в 1888 году А.Г. Столетовым, который установил основные законы фотоэффекта:
максимальная скорость фотоэлектронов определяется частотой света и не зависит от его интенсивности;
фототок насыщения пропорционален световому потоку;
для каждой поверхности существует минимальная частота – красная граница фотоэффекта, при которой еще возможен внешний фотоэффект; при фотоэффект отсутствует.
Эйнштейн в 1905 году показал, что все закономерности фотоэффекта легко объясняются, если предположить, что свет распространяется такими же квантами , какими он по предположению Планка, испускается и поглощается. Часть энергии , которую получает электрон от фотона, затрачивается на то, чтобы электрон мог покинуть облученную поверхность вещества. Эта величина, называемая работа выхода , является характерной для каждого металла и зависит от состояния его поверхности. Остальная часть энергии идет на сообщение электрону кинетической энергии.
Если пренебречь потерями энергии в результате неупругих столкновений электрона с атомами вещества, то должно выполняться соотношение, называемое формулой Эйнштейна (закон сохранения энергии)
(1)
где - максимальная скорость фотоэлектрона, вырванного с поверхности металла.
Из формулы (1) вытекает, что для выполнения фотоэффекта необходимо, чтобы выполнялось условие (красная граница фотоэффекта).
Приборы, действие которых основано на явлении фотоэффекта, называются фотоэлементами. Различают вакуумные и газонаполненные фотоэлементы. Схема, поясняющая действие вакуумного фотоэлемента, приведена на рисунке 1.
С вет от источника проникает через кольцеобразный анод и попадает на поверхность катода. Испущенные электроны ускоряются электрическим полем и достигают анода. В результате в цепи возникает постоянный фототок, который может быть измерен микроамперметром.
Зависимость тока от напряжения между катодом и анодом (вольт - амперная характеристика) представлена на рисунке 2.
При некотором напряжении фототок достигает насыщения (горизонтальный участок характеристики). Это означает, что все электроны, испущенные катодом, попадают на анод. При = 0 фототок не исчезает, так как электроны покидают катод со скоростью, отличной от нуля. Для того, чтобы фототок стал равным нулю, необходимо приложить н апряжение обратной полярности (задерживающий потенциал).
Так как световой поток определяется количеством квантов света, падающих на поверхность в единицу времени, то при неизменном спектральном составе сила тока насыщения (т.е. количество испускаемых электронов в секунду) прямо пропорционально световому потоку
(2)
где - интегральная световая чувствительность материала фотокатода, мкА/люмен;
- световой поток, люмен.
Вакуумные фотоэлементы изготовляются в виде стеклянного баллона, внутренняя поверхность которого покрыта слоем чувствительного к свету вещества, являющегося эмиттером фотоэлектронов. Для работы в видимой части спектра особенно широко применяются сурьмяно-цезиевые фотокатоды. Вакуумные фотоэлементы практически безинерционны.
Ток в фотоэлементе может быть усилен, если наполнить баллон газом (неон, аргон) и создать между электродами такое напряжение, чтобы фотоэлектроны могли, ускоряясь, производить ионизацию газа. Вновь образовавшиеся электроны и положительные ионы устремляются к аноду и катоду соответственно, усиливая общий ток. Значительное увеличение тока в газонаполненных фотоэлементах обуславливает повышение инерционности фотоэлемента и искажение строгой пропорциональности между током и освещенностью.
Фотоэлементы находят широкое применение в науке и технике: счет и сортировка деталей на конвейере, различные автоматические устройства, использование в военной технике, звуковом кино, фотометрии, спектроскопии и т.д.