Методичка по квантовой физике. Методичка по квантовой физике целиком. Методическое пособие по выполнению лабораторных работ. Санктпетербург 2010 Лабораторная работа 2 измерение постоянной планка

• Название: Методическое пособие по выполнению лабораторных работ. Санктпетербург 2010 Лабораторная работа 2 измерение постоянной планка
• Анкор: Методичка по квантовой физике
• Дата: 27.10.2019
• Размер: 0.77 Mb.
• Имя файла: Методичка по квантовой физике целиком.docx
• Тип: Методическое пособие; #92140
• страница: 4 из 14

Описание лабораторной установки. Метод измерений
На рис. 1 показана схема установки.


Схема состоит из двух цепей. В первую цепь включено исследуемое тело (1), источник тока ИП1, амперметр А и вольтметр V, служащие для изме­рения, соответственно, тока I в цепи и напряжения U на исследуемом теле. Источник тока ИП1 позволяет регулировать ток I и напряжение U и тем са­мым менять идущую на нагрев тела мощность P = IU, и, следовательно, его температуру T. Если площадь излучающей поверхности тела равна S, то его энергетическая светимость

.

Подставляя это выражение и выражение (7) в формулу (10), получаем

. (11)

Учитывая значение постоянной σ, последнее выражение можно переписать в более удобном для вычислений виде

. (12) Вторая цепь – это цепь пирометра. Пирометр – прибор для измерения темпе­ратуры нагретых тел. В данной работе применяется оптический пирометр с исчезающей нитью. Нить пирометра (2) нагревается током от источника ИП2, встроенного в пирометр, или внешнего источника. Силу этого тока и, соответственно, яркость свечения нити можно регулировать реостатом R, встроенным в пирометр. Изображение исследуемого тела ( в данной работе – вольфрамовой спирали лампы накаливания) получается в фокальной плоско­сти объектива L₁ пирометра. В этой же плоскости находится и нить пиро­метра (2). Через окуляр L₂ проводится наблюдение светящейся нити пиро­метра на фоне светящегося изображения исследуемого тела. В пирометре ис­пользован принцип выравнивания яркости изображения объекта с яркостью пирометрической нити. Равенство яркостей воспринимается наблюдателем как исчезновение нити пирометра на фоне изображения объекта. Наблюдение ведется через красный светофильтр Ф, пропускающий узкий участок спектра в области длины волны λ = 6600 . На пирометре имеется шкала температур (шкала Цельсия). Проградуирован пирометр по абсолютно черному телу. Это значит, если указатель на шкале пирометра (прибор Г на рис.1) установлен на некоторую температуру tº, то нить пирометра имеет такую же яркость как аб­солютно черное тело при этой температуре tº при наблюдении на длине волны 6600 . Если изображение исследуемого тела имеет такую же яркость как и нить пирометра (нить исчезла на фоне изображения тела), то темпера­тура t_Яº, отсчитанная по шкале пирометра, называется яркостной температу­рой этого тела.

Истинная температура тела tº больше его яркостной температуры t_Яº. Зная материал, из которого изготовлено исследуемое тело, и длину волны, на ко­торой ведется наблюдение, можно рассчитать истинную температуру tº. Как показывает расчет, для вольфрама при наблюдении на длине волны λ = 6600 переход от яркостной температуры к истинной осуществляется по фор­муле

. (13)

Переход к шкале Кельвина осуществляется по известной формуле

(14)
Порядок выполнения работы
1. Запишите в таблицу измерительных приборов их характеристики. Запиш­ите численное значение площади спирали S, указанное на рабочем месте.

2. Включите источник внешнего питания пирометра ИП2 (рис. 1). Убеди­тесь, что переключатель, находящийся на верхней части пирометра, постав­лен в среднее положение. Этому положению соответствует шкала температур пирометра от 1200ºC до 2000ºC. Установите температуру 1200ºC, вращая ручку на правой стенке пирометра. Нажмите кнопку, находящуюся на ниж­ней ручке пирометра, и в окуляр рассмотрите нить пирометра. Вращая оку­ляр L₂, добейтесь наиболее резкого изображения нити пирометра (2).

3. Включите источник тока ИП1. Подайте напряжение на лампу накалива­ния (1), чтобы она стала светиться. Значение тока, которое при этом реко­мендуется пропускать через лампу (1), указано на рабочем месте. Вращая объектив L₁, получите резкое изображение спирали лампы, рассматривая его в окуляр L₂.

4. Наведите нить пирометра на изображение спирали исследуемой лампы. Обратите внимание, что разные части спирали имеют разную яркость (цен­тральные части спирали темнее боковых участков, то есть имеют меньшую яркость). Меняя силу тока через исследуемую спираль, добейтесь совпадения яркостей нити и выбранного участка спирали

(исчезновения нити на фоне этого участка спирали). Учтите, что существует инерционность процесса нагрева спирали. Поэтому, выравнивая яркости, силу тока через спираль надо изменять медленно. Повысьте температуру нити пирометра и потренируйтесь в выравнивании яркостей при новой тем­пературе. Затем переходите к систематическим измерениям. При этом ярко­сти сравнивайте все время для одного и того же участка спирали.

5. Установите значение температуры нити пирометра равным 1200ºC. Проведите выравнивание яркостей нити пирометра и исследуемой спирали. Запишите в табл. 1 значения силы тока I через спираль и напряжения U на спирали.

6. Повторите измерения пункта 5 для других значений яркостной температуры нити пирометра в интервале температур от 1200 ºC

до 2000 ºC. Температуру меняйте с шагом = 50 ºC. Результаты измерений записывайте в табл. 1

Таблица 1 Таблица 2

№	, ºC	I, А	U, В
1	1200
2	1250
3	1300
.	.
.	.
.	.
16	1950
17	2000

,ºC	1200		1600		2000
№	I, А	U, В	I, А	U, В	I, А	U, В
1 2 3 4 5

7. Для оценки случайной погрешности измерений проведите по четыре дополнительных измерения при трех значениях температуры в начале, сере­дине и конце взятого интервала температур. Результаты запишите в табл. 2, добавив к ним измерения I и U при этих же температурах из табл. 1.

8. Подпишите результаты измерений у преподавателя.

9. Уменьшите силу тока I и напряжения U до нуля. Выключите источник тока ИП1 и источник внешнего питания ИП2 пирометра.
Обработка результатов измерений
При составлении отчета заполните табл. 3 согласно указаниям, приведен­ным ниже.

Таблица 3

№	, ºC	T, К	I, А	U, В	A
1	1200
2	1250
3	1300
.	.
.	.
.	.
16	1950
17	2000

1. По формулам (13) и (14) подсчитайте истинную температуру T спирали.

2. По формуле (12) вычислите степень черноты исследуемой спирали.

3. Для трех температур из табл. 2 вычислите погрешности прямых измере­ний силы тока I и напряжения U. Исходя из формулы (12), выведите фор­мулу погрешности косвенного измерения величины A. Подсчитайте погреш­ность величины A по полученной формуле.

Так как в формуле (13) слагаемое 5,75·10^-5<< 1, то принять ΔT= Δtº = Δ.

4. Постройте график зависимости A(T).