Состав сооружений: решетки и песколовки: Решетки – это первое устройство в схеме очистных сооружений. Они представляют...
Семя – орган полового размножения и расселения растений: наружи у семян имеется плотный покров – кожура...
Топ:
Генеалогическое древо Султанов Османской империи: Османские правители, вначале, будучи еще бейлербеями Анатолии, женились на дочерях византийских императоров...
Выпускная квалификационная работа: Основная часть ВКР, как правило, состоит из двух-трех глав, каждая из которых, в свою очередь...
Марксистская теория происхождения государства: По мнению Маркса и Энгельса, в основе развития общества, происходящих в нем изменений лежит...
Интересное:
Искусственное повышение поверхности территории: Варианты искусственного повышения поверхности территории необходимо выбирать на основе анализа следующих характеристик защищаемой территории...
Распространение рака на другие отдаленные от желудка органы: Характерных симптомов рака желудка не существует. Выраженные симптомы появляются, когда опухоль...
Средства для ингаляционного наркоза: Наркоз наступает в результате вдыхания (ингаляции) средств, которое осуществляют или с помощью маски...
Дисциплины:
2020-08-20 | 129 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
Испускательная и поглощательная способность каждого тела взаимно связаны. Эта взаимность описывается законом Кирхгофа. Представим себе изолированную систему из двух тел, в которой установилось тепловое равновесие, т.е. температуры тел равны.
Обозначим испускательные и поглощательные способности тел при температуре равновесия соответственно , и , .
Предположим, что первое тело испускает с 1 м2 поверхности за 1 с в n раз больше энергии, чем второе:
= n
Но тогда оно должно и поглощать в n раз больше энергии чем второе тело, т.е. = n
В противном случае первое тело начнет нагреваться за счет второго и его температура будет изменятся, что противоречит условию равновесия. Из двух последних равенств следует, что
Пусть изолированная система состоит из многих тел и одно из них является абсолютно черным. Обозначим его спектральную плотность энергетической светимости через . Учитывая, что коэффициент поглощения абсолютно черного тела равен единицы, получим:
(абс.черное тело) (1)
Уравнение (1) выражает закон Кирхгофа, согласно которому: отношение спектральной плотности энергетической светимости тела к его монохроматическому коэффициенту поглощения при данной температуре и для данной частоты есть величина одинаковая для всех тел и равная спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела при той же температуре и для той же частоты.
Спектральная плотность энергетической светимости абсолютно черного тела или называется универсальной функцией Кирхгофа.
Экспериментальное изучение теплового излучения привело к открытию следующих законов излучения абсолютно черного тела.
|
Закон Стефана - Больцмана.
Энергетическая светимость абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его абсолютной температуры.
(2)
где Вт м-2 К-4 - постоянная Стефана - Больцмана.
Зависимость испускательной способности абсолютно черного тела от частоты ν при нескольких постоянных температурах показана на рис. 2а.
Зависимость испускательной способности абсолютно черного тела от длин волн показана на рис. 2 б.. При повышении температуры тела максимум смещается в сторону меньших длин волн в соответствии с законом смещения Вина:
Длина волны , соответствующая максимальной лучеиспускательной способности абсолютно черного тела, обратно пропорциональна абсолютной температуре T.
где с = 2,89 · 10-3 м·К - постоянная Вина.
Опытно установленные законы Стефана - Больцмана и Вина не решали основной задачи: как велика спектральная плотность энергетической светимости абсолютно черного тела при данной температуре. Для этого необходимо было установить функциональную зависимость от ν и T или от l и T.
Такая попытка теоретического вывода была сделана Релеем и Джинсом. Предположив, что абсолютно черное тело представляет собой бесконечную систему гармонических осцилляторов, каждый из которых имеет, согласно классической теории, среднюю энергию к · Т при частоте излучения n, Релей и Джинс установили формулу:
Формула Релея и Джинса совпадает с опытной зависимостью от длины волны l (или частоты n), приведенной на рисунке 3, в области больших длин волн. При малых длинах волн, что соответствует ультрафиолетовому участку спектра, формула Релея - Джинса в резком отличии от эксперимента определяла увеличение до бесконечности. Несоответствие между видом зависимости, полученной Релеем и Джинсом на основе классических законов и опытной зависимости от n получило название «ультрафиолетовой катастрофы».
|
Правильное выражение для функции Кирхгофа удалось найти Планку путем введения квантовой гипотезы, совершенно чуждой классической физике.
В классической физике предполагается, что энергия любой системы излучается непрерывно, т.е. может принимать любые сколь угодно близкие значения.
Согласно квантовой гипотезе Планка атомные осцилляторы излучают энергию только определенными порциями - квантами. Энергия кванта пропорциональна частоте излучения (обратно пропорциональна длине волны l):
где с - скорость света в вакууме, h = 6,625·10-34Дж·с - постоянная Планка.
На основе представлений о квантовом характере теплового излучения Планк получил следующее выражения спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела:
(3)
где e - основания натурального логарифма,
с - скорость света,
k - постоянная Больцмана.
Формула Планка (3) находится в полном соответствии с опытными данными. Из этой формулы получаются как следствия законы Стефана - Больцмана и Вина.
Законы теплового излучения используются в оптических методах измерения высоких температур - оптической пирометрии. Приборы, которые применяются в оптической пирометрии, называются пирометрами излучения. Они бывают двух видов: радиационные и оптические. В радиационных пирометрах регистрируется интегральное тепловое излучение исследуемого нагретого тела. В оптических - излучение в каком - либо узком участке спектра.
Измерение температуры в данной работе производится с помощью оптического пирометра с исчезающей нитью. Пределы измерения температур 700 - 2000°С.
|
Регулируя реостатом А ток в цепи лампочки L, можно добиться исчезновения видимости нити на фоне пластинки. В этом случаи температуры нити лампочки L и пластинки станут равными.
Теория метода и описание установки.
В данной работе определяют постоянную s в законе Стефана - Больцмана. В качестве абсолютно черного тела используют никелевую пластинку. Излучение никеля, который покрывается окалиной, близко к излучению абсолютно черного тела. Если излучение происходит в среде, имеющей температуру Т 0, то никелевая пластинка излучает во все стороны в 1с энергию (по закону Стефана - Больцмана):
(4)
Для нагревания пластинку включают в цепь переменного тока (рис.4). Изменяя трансформатором Тр ток в цепи пластинки, получают различную степень нагретости пластинки.
Мощность, затрачиваемая на поддержание пластинки в нагретом состоянии, определяется ваттметром. Приравнивая эту мощность Wэл количеству энергии в соответствии с законом Стефана - Больцмана (4), получают:
где S - общая поверхность раскаленной пластинки.
Отсюда постоянная величина
(5)
Измерение и обработка результатов.
1. Собирают электрическую цепь по схеме (рис.4) для накала пластинки Ni
2. Подготавливают оптический пирометр к работе, для чего:
а) проверяют положение стрелки электроизмерительного прибора на
нуле.
б) Вводят все сопротивления реостата А пирометра, поворачивая
кольцо К влево до упора.
в) Подсоединяют пирометр а аккумуляторной батарее Б.
г) Передвигая тубус окуляра О2, добиваются резкости изображения
нити.
д) Направив объектив пирометра О1 на пластинку так, чтобы вершина
|
волоска лампы проецировалась на середине пластинки и передвигая
тубус объектива, устанавливают на резкость изображения пластинки.
Это изображение должно быть в той же плоскости, что и нить лампы.
Смещая немного глаз перед окуляром, можно проверить,
выполняется ли это условие. Если проекция нити не смещается по
отношению к изображению пластинки - установка сделана правильно.
3. Устанавливают трансформатором Тр данное значение мощности W, потребляемой пластинкой и измеряемой ваттметром.
4. Измеряют температуру пластинки пирометром, для чего: изменяют яркость нити эталонной лампы поворотом кольца реостата до того момента, пока средний участок (середина дуги) нити лампы не исчезнет на фоне раскаленной пластинки. В этот момент делают отсчет температуры по электроизмерительному прибору (по нижней шкале отсчета температур).
5. К измеряемой температуре пластинки надо прибавить поправку D t определенную по графику, и обусловленную тем, что пластинка не является абсолютно черным телом.
6. Подставляют в формулу (5) измеренную температуру , комнатную температуру , площадь пластинки S и мощность тока, вычисляют s.
7. Под наблюдением преподавателя увеличивают накал пластинки и находят второе значение s, снимая соответствующие показания температуры Т и мощности W.
8. Из полученных значений s 1 и s 2, находят среднее значение s. Все данные заносят в таблицу:
Т0, K | T, K | W, Вт | s ВтК-4м-2 | D s | s ист | |
Ср.зн. |
Контрольные вопросы.
1. Тепловое излучение и его характеристики.
2. Абсолютно черное тало. Закон Кирхгофа.
3. Закон Стефана - Больцмана и Вина.
4. Формула Релея - Джинса. Ультрафиолетовая катастрофа.
5. Формула Планка.
6. Устройство оптического пирометра.
7. Рабочая формула и ход работы.
Литература
1. И.В.Савельев Курс общей физики, т2.- М.: «Наука» 1979, С.9
2. Т.И.Трофимова Курс физики, М.: «Высшая школа», 2002г., С.367-376
3. Б.М.Яворский, А.А.Детлаф Курс физики, т.3. – М.: «Высшая школа», 1979г. С.200-215
Лабораторная работа № 3.9
|
|
Типы оградительных сооружений в морском порту: По расположению оградительных сооружений в плане различают волноломы, обе оконечности...
История создания датчика движения: Первый прибор для обнаружения движения был изобретен немецким физиком Генрихом Герцем...
Семя – орган полового размножения и расселения растений: наружи у семян имеется плотный покров – кожура...
Автоматическое растормаживание колес: Тормозные устройства колес предназначены для уменьшения длины пробега и улучшения маневрирования ВС при...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!