атомная физика на английском. Методическое пособие по лабораторному практикуму Атомная физика часть 1 для студентов 3 5 курсов физического факультета

• Название: Методическое пособие по лабораторному практикуму Атомная физика часть 1 для студентов 3 5 курсов физического факультета
• Анкор: атомная физика на английском
• Дата: 09.08.2022
• Размер: 0.88 Mb.
• Имя файла: phys_atom.doc
• Тип: Методическое пособие; #643011
• страница: 2 из 8

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА СТЕФАНА - БОЛЬЦМАНА

В этом опыте используется излучатель типа черное тело, для которого измеряется зависимость =U/I от температуры T и строится графическая зависимость  от (T⁴-T₀⁴). Если, в согласии с (20), полученная зависимость - прямая, проходящая через начало координат, то мощность теплового излучения АЧТ пропорциональна T⁴. Из наклона полученной прямой (отношение /(T⁴-T₀⁴)), принимая приближенно a_T=1, можно найти постоянную Стефана – Больцмана:




(24)

Геометрические параметры (S_изл, S_пр) приведены в паспорте установки.
6. Устройство и технические характеристики установки.

1. 
   Установка состоит из объекта исследования (печи), устройства измерительного и термостолбика, выполненных в виде конструктивно законченных изделий, устанавливаемых на лабораторном столе и соединяемых между собой кабелями.
   
2. 
   Объект исследования (печь) представляет собой модель абсолютно черного тела и выполнен как закрытая термоизолированная электропечь 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 C и регулирования скорости нагрева (скорость нагрева устанавливается в процессе изготовления установки и регулировки при эксплуатации не подлежит) и вентилятор для ускорения остывания печи после нагрева.
   

На передней панели объекта исследования размещены:

• 
  отверстие для выхода излучения из печи;
  
• 
  выключатель СЕТЬ – предназначен для включения питания печи (включение питания индицируется подсветкой переключателя);
  
• 
  выключатель ВЕНТ. – предназначен для включения питания вентилятора при охлаждении печи (включение вентилятора индицируется светодиодом, установленным над выключателем ВЕНТ.).
  

Примечание – в связи с тем, что управление источником питания печи и напряжение питания вентилятора подаются с устройства измерительного, работа печи возможна только при подключенного к ней и включенном устройстве измерительном.

На задней панели объекта исследования расположены клемма заземления, держатели предохранителей с предохранителями 5А, разъем для подключения сетевого шнура и кабель с разъемом для подключения объекта исследования к устройству измерительному.

Объект исследования с помощью сетевого шнура подключается к сети 220 В, 50 Гц.

3. 
   Устройство измерительное выполнено в виде конструктивно законченного изделия. В нем применены аналого - цифровые преобразователи с индикацией и нормирующими усилителями для измерения и индикации температуры печи и термо – ЭДС термостолбика. В состав устройства измерительного входят также источники питания для питания как самого устройства так и объекта исследования.
   

На передней панели устройства измерительного размещены следующие органы управления и индикации:

• 
  индикатор мВ – предназначен для индикации величины напряжения термо – ЭДС термостолбика;
  
• 
  индикатор C – предназначен для индикации значения температура в печи.
  

На задней панели устройства измерительного расположены выключатель СЕТЬ, клемма заземления, держатели предохранителей с предохранителями 1А (закрыты предохранительной скобой), сетевой шнур с вилкой и разъемы для подключения объекта исследования и термостолбика.

Устройство измерительное с помощью сетевого шнура подключается к сети 220 В, 50 Гц.

4. 
   Термостолбик представляет собой датчик энергии излучения и имеет кабель для подключения его к устройству измерительному. С помощью стойки термостолбик устанавливается на штативе.
   
5. 
   Принцип действия установки основан на лабораторном исследовании модели абсолютно черного тела (печи) методом измерения температуры контактным и оптическим способами.
   
6. 
   В процессе выполнения лабораторных работ снимаются зависимость изменения термо – ЭДС термостолбика от температуры печи при фиксированном расстоянии между термостолбиком и выходным отверстием печи.
   
7. 
   Режим работы установки прерывистый. Кроме того, через каждые 2 часа работы делается перерыв на 15 – 20 мин.
   

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УСТАНОВКИ

1. 
   Максимальная температура нагрева печи, C 800
   
2. 
   Диапазон измерения:
   

• 
  напряжения на термостолбике, мВ 0,00…9,99
  
• 
  температуры в печи, C 000…999;
  

Примечание – измеряется разность температур горячего и холодного спаев. Для получения абсолютной температуры необходимо к измеренному значению прибавить значение температуры в помещении.

3. 
   Погрешности измерения температуры и напряжения на термостолбике от максимальной величины предела измерения, %, не более 42 единицы младшего разряда.
   
4. 
   Ориентировочное время нагрева печи до 800 C, мин. 15…20
   
5. 
   Ориентировочное время охлаждения печи от 800 C до 200 C с применением вентилятора, мин. 25…35
   
6. 
   Питание установки осуществляется от сети переменного тока
   

• 
  частотой, Гц 500,4
  
• 
  напряжение, В 22022
  

7. Потребляемая мощность, ВА, не более 500

7. 
   Правила техники безопасности.
   

1. 
   К работе с установкой допускаются лица, ознакомленные с ее устройством, принципом действия и знающие правила техники безопасности при работе с напряжением до 1000 В.
   
2. 
   Перед началом работы с установкой необходимо убедиться, что она заземлена.
   
3. 
   В установке имеется опасное для жизни напряжение, поэтому при эксплуатации необходимо строго соблюдать соответствующие меры предосторожности:
   

• 
  перед включением в сеть убедиться в исправности сетевых шнуров;
  
• 
  замену любого элемента производите только при отключенном от сети соединительном шнуре;
  
• 
  при наладке и измерениях пользуйтесь надежно изолированным инструментом и пробниками.
  

При работе установки происходит нагрев печи до температуры 800 C. Поэтому при необходимости ремонта вскрытие печи категорически запрещается до ее полного охлаждения.

4. 
   Категорически запрещается нагрев печи до температуры свыше 850 C и работа установки без надзора (ограничение максимаотной температуры печи происходит только за счет ограничения подводимой мощности к ее нагревательному элементу, поэтому длительная работа установки может привести к перегреву и выходу ее из строя).
   

8. 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. 
   Подключить сетевые шнуры объекта исследования и устройства измерительного к сети и включите устройство измерительное выключателем СЕТЬ на его задней панели и дайте прогреться в течение 5 мин. (при этом на индикаторах C и мВ должны установиться значения 000 и 0,00 соответственно).
   
3. 
   Включить печь (при этом выключатель ВЕНТ. должен находиться в положении “Выкл”). По индикаторам устройства измерительного убедиться, что температура печи увеличивается.
   
4. 
   По мере нагрева печи снимите зависимость энергии излучения от температуры.
   
5. 
   После достижения максимально заданной температуры печи выключите выключатель СЕТЬ и включите выключатель ВЕНТ. на передней панели печи, при этом включится режим охлаждения печи (допустимо только включение выключателя ВЕНТ., так как при этом происходит отключение питания печи устройством блокировки ее блока питания).
   

Примечание – снятие зависимости энергии излучения от температуры в данной установке невозможно, так как искажаются показания термостолбика вследствие его обдува при включенном вентиляторе.

6. 
   Если в процессе снятия зависимости энергии излучения от температуры происходит переполнение индикатора мВ (после значения 9,99 индуцируется значение 0,00, необходимо увеличить расстояние между плоскостями передней панели объекта исследования и термостолбика на 1…2 мм, охладить печь и повторить действия по пп 2…4 настоящего описания).
   
7. 
   По окончании работы необходимо охладить печь (см. п 5 настоящего описания), после чего выключить питание установки выключателем СЕТЬ (на задней панели устройства измерительного и на передней панели печи), отключить сетевые вилки устройства измерительного и печи от питающей сети.
   
8. 
   По полученной зависимости  от T⁴-T₀⁴ определите значение постоянной Стефана-Больцмана.
   

9. Контрольные вопросы.

1. 
   Что называется спектральной плотностью энергетической светимости и интегральной энергетической светимостью тела
   
2. 
   Что называется спектральной поглощательной способностью
   
3. 
   Что называется абсолютно черным телом
   
4. 
   Сформулируйте законы Кирхгофа, Стефана-Больцмана, Вина для теплового излучения.
   
5. 
   Каков вклад М. Планка в учение о тепловом излучении
   
6. 
   Почему нить лампочки накаливания нельзя считать абсолютно черным телом?
   
7. 
   В чем состоит метод определения высоких температур, применяемый в лабораторной работе
   
8. 
   Что вам известно об “ультрафиолетовой катастрофе”
   
9. 
   Как объясняет излучение классическая и квантовая теории
   
10. 
    Как из формулы Планка можно получить закон смещения Вина
    
11. 
    При каких условиях из формулы Планка получается формула Рэлея-Джинса
    
12. 
    Как из формулы Планка получить постоянную Стефана-Больцмана
    

ПРИЛОЖЕНИЕ

РЕКОМЕНДОВАННЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПОСТОЯННЫХ И КОЭФФИЦИЕНТОВ ПЕРЕВОДА

Величина	Символ	Значение
Скорость света в вакууме	c	2.99792458108ms-1
Магнитная проницаемость вакуума	0	410-7Hm-1
Диэлектрическая постоянная вакуума, 1/0с2		8.854187817…10-12Fm-1
Элементарный заряд (протона)	e	1.60217733(49)10-19C
Гравитационная постоянная	G	6.67259(85)10-11Nm2kg-2
Унифицированная атомная единица массы	mu	1.6605402(10)10-27kg
Массы покоя:
электрона	me	9.1093897(54)10-31kg
	me/mu	5.48579903(13)10-4
протона	mp	1.6726231(10)10-27kg
	mp/mu	1.007276470(12)
	mp/me	1836.152701(37)
нейтрона	mn	1.6749286(10)10-27kg
	mn/mu	1.008664904(14)
Энергия эквивалентная массе покоя:
электрона, mec2/(e/C)		0.51099906(15)Mev
протона, mpc2/(e/C)		938.27231(28)Mev
нейтрона, mnc2/(e/C)		939.55663(28)Mev
Постоянная Планка	h	6.6260755(40)10-34Js
h/2		1.05457266(63)10-34Js
Постоянная Ридберга, 02mee4c3/8h3	R	1.0973731534(13)107m-1
Постоянная тонкой структуры, 0e2c/2h		7.29735308(33)10-3
(0e2c/2h)-1	-1	137.0359895(61)
Энергия Хартри, 2Rhc	Eh	4.3597482(26)10-18J
Радиус Бора, h2(0c2mee2)	a0	5.29177249(24)10-11m
Радиус электрона, 0e2/(4me)	re	2.81794092(38)10-15m
Комптоновская длина волны:
электрона, h/mec	C	2.42631058(22)10-12m
протона, h/mpc	C,p	1.32141002(12)10-15m
нейтрона, h/mnc	C,n	1.31959110(12)10-15m
Постоянная Авогадро	L, NA	6.0221367(36)1023mol-1
Постоянная Фарадея	F	9.6485309(29)104Cmol-1
Молярная газовая постоянная	R	8.314510(70)JK-1mol-1
Постоянная Больцмана, R/L	k	1.380658(12)10-23JK-1
Постоянная Стефана - Больцмана		5,67051(19)10-8Wm-2K-4
Первая постоянная излучения, 2hc2	c1	3.7417749(22)10-16Jm2s-1
Вторая постоянная излучения, hc/k	c2	1.438769(12)10-2mK
Магнетон Бора	B	9.2740154(31)10-24JT-1
Ядерный магнетон	N	5.0507866(17)10-27JT-1
Гиромагнитное отношение протона	p	2.67522128(81) 108s-1T-1
	p/2	4.2577469(13)107HzT-1
		 JT-1
		
Квант магнитного потока, h/2e	0	2.0678346(61)10-15Vs
Магнитный момент электрона	e	9.2847701(31)10-24 JT-1
в магнетонах Бора	e/B	1.001159652193(10)
Магнитный момент протона	p	1.41060761(47)10-26JT-1
в магнетонах Бора	p/B	1.521032202(15)10-3