Методичка по квантовой физике. Методичка по квантовой физике целиком. Методическое пособие по выполнению лабораторных работ. Санктпетербург 2010 Лабораторная работа 2 измерение постоянной планка
![]()
|
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 Учитывая значение постоянной σ, последнее выражение можно переписать в более удобном для вычислений виде Истинная температура тела tº больше его яркостной температуры tЯº. 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 . Переход к шкале Кельвина осуществляется по известной формуле 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 Таблица 1 Таблица 2
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
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). |