Stefano ir Bolcmano konstantos tyrimas

1.Darbo tikslas: Ištirti priklasomybę tarp elektros kintamosios lempos siūlo temperatūros ir kaitinimo srovės galios bei nustatyti Stefano ir Bolcmano konstantą. 2. Darbo metodika. Svarbi šiluminio spinduliavimo kiekybinė charakteristika yra spinduliuojančio kūno energinis šviesis ET. Jis lygus kūno paviršiaus ploto vieneto per 1s įvairaus ilgio (0    ) elektromagnetinėmis bangomis išspinduliuojamai energijai. Iš kūno paviršiaus ploto vieneto per 1s išspinduliuojama elektromagnetinių bangų, telpančių nuo  iki  + d intervale, energija dW,T yra proporcinga intervalo d  didumui: dW,T = E,T d. Čia įrašytas proporcingumo koeficientas E,T vadinamas tam tikros temperatūros kūno spektriniu energijos srauto spinduliavimo tankiu (emisijos geba). Jei į kūno paviršiaus ploto vienetą per laiko vienetą krinta spinduliavimo energija dW, tai jos dalį dWa kūnas absorbuoja, o likusią dalį atspindi. Kūno absorbuotos ir į jį kritusios energijos santykis vadinamas kūno absorbcijos geba: Kūnas, kuris bet kurioje temperatūroje, absorbuoja visą į jį krintančių elektromagnetinių bangų energiją, nepriklausomai nuo jų bangos ilgio, vadinamas absoliučiai juodu. Tokio kūno visų ilgių bangomis absorbcijos geba lygi vienetui: ,T = 1. Kirchhofas, remdamasis eksperimentų duomenimis bei termodinamikos dėsniais, nustatė, jog fiksuotoje temperatūroje kūno spektrinio energijos spinduliavimo tankio ir absorbcijos gebos santykis nepriklauso nuo kūno prigimties ir yra visiems kūnams universali bangos ilgio ir temperatūros funkcija, kuri lygi absoliučiai juodo kūno spektriniam energijos spinduliavimo tankiui: J.Stefanas ir L.Bolcmanas nustatė dėsnį, pagal kurį absoliučiai juodo kūno energinis šviesis T tiesiogiai proporcingas jo absoliutinės temperatūros ketvirtajam laipsniui: T = T4. Čia  - Stefano ir Bolcmano konstanta. Iš temperatūros T absoliučiai juodo kūno paviršiaus ploto vieneto per sekundę į temperatūros T0 aplinką išspinduliuojamas energijos kiekis T = (T4 - T04). Realaus kūno energinis šviesis ET = (T4 - T04). Čia T0 - aplinkos temperatūra;  - šiluminio spinduliavimo koeficientas (juodumo koeficientas), kuris priklauso nuo šviesą spinduliuojančio kūno prigimties ir temperatūros. Darbe naudojamo volframinio lempos siūlo įvairiose temperatūrose dydis  nustatomas iš pridedamo  = f(T) grafiko. Paviršiaus ploto S elektros lempos siūlas iš maitinimo tinklo per 1s gauna IU energijos kiekį; čia P – elektros srovės galia, kuri SI sistemoje matuojama vatais (W). Stacionariuoju atveju pro suūlelio paviršiaus ploto vienetą išspinduliuojamos energijos kiekis (5.13) turi būti lygus ploto vieneto gaunamam šilumos kiekiui (IU/S), t.y. Siūlo Š temperatūrą matuojame nykstančiojo siūlelio pirometru, kurio schema pavaizduota 5.1 paveiksle. Objektyvo Ob židinio nuotolyje yra elektros lemputės L lanko formos siūlelis. Jį stebime pro okuliarą Ok kartu su tiriamojo šviesos šaltinio Š atvaizdu. Stebėjimui naudojama siaura raudonos šviesos (6600 Å) spektro sritis, kurią išskiriame žiūrono vamzdyje įtaisytu filtru F1. Reostatu R keičiame lemputės L kaitinimą taip, kad išnyktų jos siūlelio vaizdas šviečiančio tiriamos lempos siūlo Š fone. Jei lemputė L bus kaitinama per silpnai, matysime tamsų siūlelį šviesiame fone, jei per stipriai, - šviesų siūlelį tamsiame fone. Pirometro lemputės L kaitinimas parenkamas toks, kad šviečiančio tiriamos lempos siūlo Š ir lemputės L siūlelio šviesumai būtų vienodi. Tada matuojamojoje spektro srityje bus vienodi ir jų spektriniai energijos spinduliavimo tankiai. Pirometro miliampermetras sugraduotas Celsijaus laipsniais pagal absoliučiai juodo kūno spinduliavimą. Todėl optiniu pirometru nustatome vadinamąją tiriamojo kūno skaistinę temperatūrą ts. Kai tiriamasis kūnas yra volframas, tikroji jo absoliutinė temperatūra T apytikriai apskaičiuojama pagal šią formulę: T=. Čia =6,610-7m - darbe naudojamos šviesos bangos ilgis; b=0,798 m-1K-1, Ts=(273+ts) - absoliutinė skaistinė temperatūra. Naudojant vien filtrą F1, temperatūra atskaitoma viršutinėje pirometro skalėje, o papildomai įjungus matinį stiklą F2, – apatinėje. 3.Darbo rezultatai Eil.Nr. I, A U, V P, W T0, K ts, oC Ts,K T,K   1 4,5 5,5 24,75 293 1300 1573 1846 0,185 3,60249E-08 3,59875E-08 2 5 6,6 33 1380 1653 1946 0,195 3,68962E-08 3 5,5 7,5 41,25 1540 1813 2106 0,21 3,12165E-08 4 6 8,9 53,4 1600 1873 2166 0,22 3,44731E-08 5 6,5 9,8 63,7 1660 1933 2226 0,223 3,63676E-08 6 7 11,2 78,4 1700 1973 2266 0,227 4,0947E-08 7 7,5 12,5 93,75 1865 2138 2431 0,243 3,45276E-08 8 8 13,5 108 1920 2193 2486 0,249 3,54939E-08 9 8,5 15,0 127,5 1980 2253 2546 0,255 3,71931E-08 4.Išvados: Nustatinėjome Stefano ir Bolcmano konstantą. Kadangi tiriamos lempos ir indikatorinės lempos šviesumai buvo suvienodinti iš akies bei dėl nevisai tikslaus tiriamos lempos siūlelio paviršiaus ploto gauta Stefano ir Bolcmano konstanta neatitinka tikrosios 1,0579510-8 W/m2K2 (tikroji reikšmė 5.6710-8 W/m2K2). Iš grafiko aišku, kad galia P yra tiesiogiai proporcinga temperatūrai T.

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!