Экспериментальная проверка

ЗАКОНА СТЕФАНА-БОЛЬЦМАНА

 

Оборудование – установка ФПК 11.

Цель работы – экспериментальная проверка закона Стефана-Больц-мана методом измерения температуры модели абсолют-но чёрного тела контактным и оптическим способом.

 

Описание установки

Установка ФПК 11 (рис. 1.3) состоит из объекта исследования – печи I, устройства измерительного II и термостолбика III.

Рис. 1.3. Внешний вид установки: I – печь, II - устройство измерительное, III – термостолбик, 1 – отверстия для выхода излучения печи, 2 – выключатель «СЕТЬ», 3 – выключатель «ВЕНТ», 4 – индикатор «мВ», 5 – индикатор «оС»

 

Объект исследования (печь) представляет собой модель абсолютно чёрного тела и выполнена как закрытая термоизолированная печь с отверстием на передней стенке. В его состав входят: устройство нагревательное, встроенное в теплозащитный корпус; термопара, для измерения температуры внутри печи контактным способом; регулируемый источник питания, предназначенный для разогревания печи до температуры 800 ^оС и регулирования скорости нагрева; вентилятор для ускорения остывания печи после нагрева.

На передней панели объекта исследования размещены:

· отверстия для выхода излучения печи;

· выключатель «СЕТЬ» для включения питания печи;

· выключатель «ВЕНТ» для включения питания вентилятора при охлаждении печи.

Объект исследования с помощью кабеля соединён с устройством измерительным, на передней панели которого размещены следующие органы управления и индикации:

· индикатор «мВ» для индикации величины термо-ЭДС Е термо-столбика;

· индикатор «^оС» для индикации значения температуры в печи.

На задней панели устройства измерительного расположен выключатель «СЕТЬ».

Термостолбик III представляет собой датчик энергии излучения и имеет кабель для подключения его к устройству измерительному. С помощью стойки термостолбик устанавливается на штативе.

С помощью данной установки можно снять зависимость термо-ЭДС Е термостолбика от температуры внутри печи, определяемой с помощью термопары контактным способом. Термо-ЭДС термостолбика определяется энергией излучения печи. Следовательно, Е прямо пропорционально энергетической светимости R печи (). Тогда, согласно закону Стефана-Больцмана, . Таким образом, зави-симость представляет собой линейную функцию. Сняв эту зависимость, можно экспериментально подтвердить справедливость закона Стефана-Больцмана .

 

Порядок выполнения работы

1. Установить термостолбик так, чтобы его отверстие находилось напротив отверстия на передней панели печи и расстояние между плоскостями передней панели объекта исследования и термостолбика было минимальным.

2. Убедиться, что выключатели «СЕТЬ» и «ВЕНТ» на передней панели печи выключены.

3. Включить устройство измерительное выключателем «СЕТЬ» на его задней панели и дать прогреться в течение ~ 5 минут. При этом на индикаторах «^оС» и «мВ» должны установиться значения «000» и «0,00» соответственно.

4. Включить печь. При этом выключатель «ВЕНТ» должен находиться в положении «ВЫКЛ». По индикаторам устройства убедиться, что температура печи увеличивается.

5. По мере нагревания печи снимать зависимость термо-ЭДС термостолбика от температуры внутри печи. Диапазон температур, при которых следует производить измерения, , шаг измерения температуры – 50 . Результаты занести в таблицу.

 

t, оС		...
, К
E, мВ

 

 

Примечание. Поскольку термопара в печи измеряет разность температур горячего и холодного спаев, то для получения значения абсолютной температуры Т необходимо к измеренному значению t прибавить температуру в помещении и 273 .

6. После достижения максимально заданной температуры печи выключить выключатель «СЕТЬ» и включить вентилятор вык-лючателем «ВЕНТ» на передней панели печи и охладить печь.

7. Построить зависимость термо-ЭДС термостолбика Е от температуры внутри печи Т в координатах .

8. Сделать выводы по результатам эксперимента.

Контрольные вопросы

1. Какое излучение называется тепловым?

2. Какими величинами характеризуется тепловое излучение?

3. Какое тело называется абсолютно чёрным телом? Приведите примеры тел, близких по своим свойствам к абсолютно черному телу.

4. Сформулируйте основные законы теплового излучения.

5. Объясните результаты проведённого эксперимента.

 

Литература

[2, § 1–4, 7]; [3, § 194 – 202]; [4, § 61– 63]; [5, гл. XIX, § 1 – 3]; [6, § 197 – 202].

 

Лабораторная работа