Wyższa Szkoła Inżynierii Dentystycznej im. prof. A. Meissnera w Ustroniu

LABORATORIUM FIZYCZNE

ĆWICZENIE nr 10

Pomiar temperatury włókna żarówki za pomocą pirometru optycznego

WPROWADZENIE

Promieniowania ciała doskonale czarnego.

Z doświadczenia wiemy, że dowolne ciało ogrzane do dostatecznie wysokiej temperatury wysyła promieniowanie widzialne, przy czym, jak wynika z obserwacji, ciało o wyższej temperaturze promieniuje bardziej intensywnie niż ciało o niższej temperaturze. Proces wysyłania promieniowania elektromagnetycznego przez ciało zachodzi w każdej temperaturze wyższej od zera bezwzględnego (T > 0K). Ilość wysyłanego przez dane ciało promieniowania o danej długości fali określa widmowa zdolność emisyjna R_λ, zdefiniowana jako moc ΔP promieniowania wysyłanego z jednostki powierzchni ΔS ciała w jednostkowym przedziale długości fal Δλ, od λ do λ + Δλ.

Całkowita zdolność emisyjna R ciała jest to moc promieniowania wysyłanego w całym zakresie długości fal z jednostki powierzchni ciała.

Teoretyczny opis promieniowania cieplnego przeprowadza się dla wyidealizowanego ciała, zwanego ciałem doskonale czarnym. Jest to ciało, które pochłania całkowicie padające nań promieniowanie. Pierwszym, który rozwiązał to zagadnienie był Max Planck.

Wzór Plancka.

Widmowa zdolność emisyjna ciała doskonale czarnego wynosi

gdzie, h = 6.62 ^. 10^-34 [J ^. s] jest stałą Plancka a k = 1.38 ^. 10^-23 [J ^. K] stałą Boltzmanna.

Prawo Stefana - Boltzmanna.

Całkowita zdolność emisyjna ciała doskonale czarnego jest proporcjonalna do czwartej potęgi jego temperatury bezwzględnej.

ZAGADNIENIA DO KOLOKWIUM WSTĘPNEGO

• Ciało doskonale czarne

• Wzór Plancka dla ciała doskonale czarnego

• Prawo Stefana - Boltzmanna i prawo Wiena

• Natężenie, napięcie i moc prądu elektrycznego

APARATURA

Zasilacz z regulacją mocy, amperomierz, woltomierz i pirometr optyczny.

WYKONANIE ĆWICZENIA

1. Podłączyć amperomierz i woltomierz.

2. Włożyć baterie do pirometru.

3. Zasilacz żarówki podłączyć do sieci (po sprawdzeniu obwodu przez asystenta).

4. Zwiększając stopniowo moc i zaczynając od wartości, przy której pojawi się świecenie, mierzyć natężenie i napięcie prądu oraz wielokrotnie temperaturę włókna żarówki za pomocą pirometru. Pomiary dokonać dla kilkunastu wartości mocy.

5. Zmniejszyć moc zasilacza do zera, wyłączyć zasilanie i zdemontować obwód pomiarowy.

6. Po zakończeniu pomiarów dokładnie uporządkować stanowisko pracy

OPRACOWANIE WYNIKÓW

1. Obliczyć moc dostarczaną do żarówki dla każdego punktu pomiarowego.

2. Dla każdej wartości mocy obliczyć średnią temperaturę włokna żarówki.

3. Narysować wykres zależności temperatury włókna żarówki w funkcji mocy dostarczanej do żarówki.

UWAGA: Sprawozdanie z ćwiczenia powinno zawierać:

• stronę tytułową

• cześć teoretyczną (około 1 strona A4)

• wyniki pomiarów podpisane przez prowadzącego

• obliczenia, wykresy

• dyskusje dokładności pomiarów

• porównanie otrzymanych wyników z danymi tablicowymi

• literatura

LITERATURA

Czesław Bobrowski: Fizyka - krótki kurs

Henryk Szydłowski: PRACOWNIA FIZYCZNA, PWN

Tadeusz Dryński: ĆWICZENIA LABORATORYJNE Z FIZYKI, PWN