Определение постоянной стефана-больцмана

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ИЖЕВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ»

 

КАФЕДРА ФИЗИКИ

 

 

ЛАБОРАТОРИЯ ОПТИКИ И ФИЗИКИ АТОМА № 2

РАБОТА № 18

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ СТЕФАНА-БОЛЬЦМАНА

 

Отредактировано: профессор Ульянов А.И.

ассистент Воронцова Е.Н.

Ижевск, 2011

 

РАБОТА № 18

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ СТЕФАНА-БОЛЬЦМАНА

Приборы и принадлежности: 1) - оптический пирометр ОПИР-017; 2) - источник света; 3) – амперметр (указать класс точности); 4) – вольтметр (указать класс точности); 5) - источники регулируемого напряжения.

 

Нагретые тела излучают энергию в виде электромагнитных волн в основном в диапазоне инфракрасного, если Т < 1000 К, видимого излучения, если Т > 1000 К. Тепловое излучение совершается за счёт внутренней энергии, то есть энергии теплового движения, и свойственно всем телам, нагретым свыше 0 К. В изолированной системе тепловое излучение ведёт к уменьшению внутренней энергии и, следовательно, к снижению температуры тела. Но, излучая, тело само поглощает часть энергии, испускаемой другими телами, и нагревается. В результате устанавливается температурное равновесие, при котором уменьшение внутренней энергии тела при испускании компенсируется её увеличением при поглощении. Следовательно, в изолированной системе тепловое излучение является равновесным. При этом равновесному тепловому излучению приписывается температура, равная температуре находящихся с ним в равновесии окружающих тел.

Энергию Е, излучаемую телом с единицы площади в единицу времени во всём интервале длин волн λ (от 0 до ∞), называют энергетической светимостью тела R: .

Энергию Е, излучаемую телом с единицы площади в единицу времени в узком интервале длин волн от l до l + dl, называют спектральной энергетической светимостью тела dR:

 

Спектральную энергетическую светимость dR можно представить в виде: dR = r_l,T× dl, (2)

где r_{l,T -} - излучательная способность нагретого тела.

Зная излучательную способность, можно найти энергетическую светимость тела R, то есть энергию, излучаемую телом с единицы площади в единицу времени во всём интервале длин волн l от 0 до ∞:

(3)

На рис. 1 приведена экспериментально определенная зависимость r_λ,Т(λ) излучения нагретого тела.

Рис. 1.

 

Как видно, энергия, излучаемая в различном интервале длин волн, неодинакова: энергии мало излучается в области малых и больших l и наблюдается максимум энергии излучения в области средних длин волн. Как следует из рис. 1 и формулы (3), энергетическая светимость тела численно равна площади фигуры, заключенной между осью абсцисс и кривой r_λ,Т(λ).

Все тела в той или иной степени поглощают энергию падающих на них электромагнитных волн. Характеристикой поглощения является поглощательная способность тела: .

Поглощающая способность показывает, какая доля энергии Е _изл электромагнитного излучения, падающего на поверхность, поглощается телом.

Поглощательная способность тела зависят от длины волны электромагнитного излучения, температуры тела, его химического состава и состояния поверхности. Тело называют абсолютно черным, если оно при любой температуре полностью поглощает всю энергию падающего на него электромагнитного излучения во всем интервале длин волн. Для абсолютно чёрного тела α_λ,Тº 1.

Реальные тела не являются абсолютно черными. Однако, некоторые из них в определенных интервалах частот близки по своим свойствам абсолютно черному телу. Например, в области частот видимого света поглощательные свойства сажи, платиновой черни и черного бархата мало отличаются от единицы.