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 = rl,T× dl , (2)

где rl,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 rλ,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 rλ,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 Еизл 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 αλ,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.