Берестов, Н. И. Боргардт, С. Ю. Куклин Лабораторные работы по курсу общей физики  Строение вещества  Утверждено редакционно- издательским советом института Москва 2007




НазваниеБерестов, Н. И. Боргардт, С. Ю. Куклин Лабораторные работы по курсу общей физики  Строение вещества  Утверждено редакционно- издательским советом института Москва 2007
страница1/6
Дата публикации26.08.2013
Размер0.53 Mb.
ТипДокументы
zadocs.ru > Физика > Документы
  1   2   3   4   5   6


Федеральное агенстство по образованию и науке Российской Федерации

Московский государственный институт электронной техники

(технический университет)

_____________________________________________________________________________

А.Т. Берестов, Н.И. Боргардт, С.Ю.Куклин


Лабораторные работы

по курсу общей физики

Строение вещества

Утверждено редакционно- издательским советом института

Москва 2007

УДК 537(076.5)

Рецензент докт. физ.-мат. наук, проф. С.В. Селищев

Берестов А.Т., Боргардт Н.И., Куклин С.Ю.
Лабораторные работы по курсу общей физики Строение вещества/ М.: МИЭТ, 2007. - 50 с.: ил.

ISBN 5-7256-0359-8
Пособие содержит описания лабораторных работ по курсу общей физики Строение вещества. Описания работ включают краткое изложение сущности изучаемых явлений, сведения о методике, приемах проведения измерений и обработки экспериментальных результатов.

Предназначено для студентов 2-го курса технических факультетов МИЭТ.

Предисловие

Данное пособие содержит описания 7 лабораторных работ по курсу общей физики Строение вещества, изучаемого студентами второго курса технических факультетов МИЭТ. Работы посвящены изучению элементов квантовой механики и физики твердого тела. Каждое описание включает краткое изложение сущности изучаемых явлений, сведения об экспериментальной методике, описание приемов проведения измерений и обработки результатов. Лабораторные работы рассчитаны на четырехчасовые занятия и состоят из нескольких упражнений.

Представленные в пособии лабораторные работы являются развитием практикума, который существует на кафедре общей физики с середины 70-х годов, в становление которого следует отметить большой вклад Музюкина Л.П.

Модернизация и обновление лабораторных работ, введение в практикум новых работ, выполненных в последние годы под руководством Берестова А.Т. и Кривошеева В.И., потребовали существенной переработки и дополнения описаний лабораторных работ. Большую техническую помощь в настройке лабораторных установок, введении их в учебный процесс и в подготовке новых описаний оказали инженеры кафедры общей физики Королева Е.Н., Кривошеев В.И., Смелова Е.А.

Авторы выражают благодарность преподавателям кафедры общей физики Гайдукову Г.Н., Фаттахдинову А.У., Лосеву В.В. и др. за полезные замечания и советы, сделанные в процессе подготовки рукописи.

^ Рекомендации по оформлению лабораторных работ
При оформлении лабораторных работ следует соблюдать следующее:

  1. заголовок должен быть выделен и указана цель лабораторной работы;

  2. рисунки и графики следует оформлять в карандаше, графики – на миллиметровке, причем их необходимо вклеивать в лабораторную тетрадь;

  3. результаты измерений и расчетов целесообразно свести в таблицу;

  4. при обработке результатов измерений следует учитывать погрешности.


^ Лабораторная работа № 1
Тепловое излучение
Цель работы: исследование теплового излучения вольфрамовой нити лампы нака­ливания, оз­на­комление с работой пирометра с исчезающей нитью и проверка справедли­вости закона Стефана-Больц­мана.
^ Теоретическая часть
Излучение электромагнитной энергии веществом за счет его внутренней энергии называется тепловым излучением. Свойства теплового излучения определяются материалом тела и его температурой Т. Если из любого материала сделать замкнутую по­лость и под­держивать температуру ее стенок постоянной, то система (стенка + излучение) придет в состояние тер­модинамического равновесия, и в объеме полости установится рав­новесное тепловое излучение.

По­ток энергии, испускаемый единицей поверхности излучающего тела за единицу времени по всем на­правлениям (в пределах телесного угла 2), называ­ется энергетиче­ской светимостью тела R. Излу­чение состоит из волн различных частот  (или длин волн ). При малой величине интервала частот d поток энергии, излучаемый единицей по­верхности в интервале частот d, пропорционален d:

dR = r d

Величина r называется испускательной (излучательной) способностью тела. Зная r, можно оп­ределить энергетическую светимость тела:

.

Пусть на элементарную площадку поверхности тела падает поток энергии , обусловлен­ный электромагнитными волнами, частота которых заключена в интер­вале частот от  до  + d. Часть потока будет поглощена телом. Безразмерная вели­чина



называется поглощательной способностью тела. Она зависит от температуры тела ^ Т. Тело, для которого для всех частот, называют абсолютно черным. Если аТ = const < 1, то тело называют серым.

Кирхгоф сформулировал следующий закон: отношение испускательной и поглоща­тель­ной спо­собностей не зависит от природы тела, оно является для всех тел одной и той же универсальной функ­цией частоты и температуры:



Функция называется функцией Кирхгофа, она по сути представляет собой испускатель­ную способность абсолютно черного тела.

Стефан и Больцман, исходя из экспериментальных данных и термодинамических сооб­ражений, установили, что энергетическая светимость абсолютно черного тела R про­порциональна четвертой степени температуры (закон Стефана-Больцмана):

,

где  = 5,67108 Втм2 К4  постоянная Стефана-Больц­мана.

Планк, сделав предположение, что электромагнитное излучение испускается в виде от­дельных порций энергии  (квантов), величина которых пропорциональна частоте излуче­ния, установил вид функции Кирхгофа (формула Планка):

,

где = 1,051034 Джс  постоянная Планка; = 1,381023 Дж/К - постоянная Больцмана; = 3108 м/с  скорость света в вакууме.

Зная функцию и поглощательную способность тела aT, можно определить энергетическую светимость тела

.

Температурная зависимость R(Т) реального тела отличается от зависимости R*(Т) для абсолютно черного тела, однако общий вид обычно сохраняется:

RTn,

где n близко к четырем.
Экспериментальная часть
В данной работе наблюдается излучение вольфрамовой нити лампы накаливания. Для вольфрама согласно закону Кирхгофа

,

поэтому

. (1)

Измерение температуры излучающих тел осуществляется с помощью пирометров – приборов для измерения температуры бесконтактным методом по интенсивности их те­плового излучения. Пирометры подразделяются на три основные группы: радиационные, яркостные и цветовые.

В
данной работе используется яркостный пирометр с исчезающей нитью, сравни­вающий излучение вольфрамовой нити лампы накаливания с из­лучением абсолютно черного тела на одном и том же фиксиро­ванном узком участке спектра от  до  + . Наблюдая в окуляр совмещен­ные в одной плоскости изображения светящейся спирали и нити накала пирометра (см рис.), с помощью реостата подбира­ется такой накал нити пирометра, чтобы ее яркость совпала с яр­костью изображения спирали. В этом случае нить «исчезает», т.е. становится неразличимой на фоне изображения спирали. Прибор проградуирован так, что показывает значение температуры Т* абсолютно черного тела, излучающего на длине волны = 660 нм так же, как излучает исследуемая спираль в дан­ных условиях.

Для определения температуры Т спирали необходимо сделать пересчет. Для абсо­лютно черного тела

. (2)

При одинаковой яркости спирали лампы и нити пирометра будут одинаковыми и энерге­тические светимости в заданном интервале частот. Используя условие (объясните, почему оно выполняется) и, приравнивая энергетиче­ские светимо­сти (1) и (2), получаем

, (3)

где - яркостная температура (температура, определяемая с помощью нити пирометра, прокалиброван­ной по излучению абсолютно черного тела); 1,438102 (мК);  = 660 нм - длина свето­вой волны (средняя длина волны, пропускаемая светофильтром); - температура вольфрама; = 0,43 - поглощательная способность вольф­рама в исследуе­мом диапазоне температур.

^ Выполнение работы
Изменение яркости свечения лампы накаливания осуществляется регулировкой на­пря­жения пи­тания с помощью ручки регулировки на стенде (рис.1). Напряжение нити и ток через нее измеряется вольт­метром и амперметром. Это позволяет подсчитать подводимую мощ­ность .




Рис 1. Передняя панель установки
Яркость свечения нити пирометра регулируется вращением кольца-движка потен­цио­метра, расположенного под окуляром прибора. Сила тока измеряется ампермет­ром пирометра, шкала которого проградуирована в градусах Цельсия. Имеется два диапазона измене­ния температуры: 700 -1400 °C и 1200 - 2000 °С. Для перехода на второй диапазон на пути света от лампы накаливания ставится светофильтр (нажатием и поворотом кнопки, расположенной за шкалой амперметра). С помощью двух выдвижных тубусов (со стороны окуляра и объектива пирометра) обеспечива­ется фокусировка изображения ни­тей.

При достаточно высокой температуре практически вся подводимая мощность рас­сеивается через излучение и пропорциональна энергетической светимости R ~ Tn спи­рали. Поэтому

Р = ВТn,

где В – константа.

Отсюда следует, что

lnP = nlnT + lnB.

Это уравнение прямой в логарифмических координатах.

По результатам измерений постройте график зависимости lnP от и найдите вели­чину n как угловой коэффициент этого графика. Оцените погрешность полученной величины.
Литература
1. Савельев И.В. Курс общей физики. - М.: Астрель, АСТ. 2003 – кн.5, Гл. 1

2. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Оптика. - М.: ФИЗМАТЛИТ МФТИ 2002 - Гл. X.

  1   2   3   4   5   6

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Берестов, Н. И. Боргардт, С. Ю. Куклин Лабораторные работы по курсу общей физики  Строение вещества  Утверждено редакционно- издательским советом института Москва 2007 iconЮ. В. Тихомиров лабораторные работы по курсу физики
Лабораторные работы по курсу физики с компьютерными моделями (Электричество и магнетизм. Оптика)

Берестов, Н. И. Боргардт, С. Ю. Куклин Лабораторные работы по курсу общей физики  Строение вещества  Утверждено редакционно- издательским советом института Москва 2007 iconЮ. В. Тихомиров лабораторные работы по курсу физики
Лабораторные работы по курсу физики с компьютерными моделями (Квантовая оптика. Атомная физика. Физика атомного ядра и элементарных...

Берестов, Н. И. Боргардт, С. Ю. Куклин Лабораторные работы по курсу общей физики  Строение вещества  Утверждено редакционно- издательским советом института Москва 2007 iconУчебное пособие Воронеж 2011 фгбоу впо ”Воронежский государственный технический университет ”
Утверждено Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия

Берестов, Н. И. Боргардт, С. Ю. Куклин Лабораторные работы по курсу общей физики  Строение вещества  Утверждено редакционно- издательским советом института Москва 2007 iconИнженерная графика учебное пособие
Утверждено редакционно-издательским советом спбгиэу в качестве учебного пособия для спец. 220501, 080502(1), 080502(7)

Берестов, Н. И. Боргардт, С. Ю. Куклин Лабораторные работы по курсу общей физики  Строение вещества  Утверждено редакционно- издательским советом института Москва 2007 iconРеспублики Беларусь Учреждение образования «Витебская ордена «Знак...
Утверждено редакционно-издательским советом академии в качестве учебно-методического пособия

Берестов, Н. И. Боргардт, С. Ю. Куклин Лабораторные работы по курсу общей физики  Строение вещества  Утверждено редакционно- издательским советом института Москва 2007 iconЧетверикова Ю. И. История экономических учений утверждено Редакционно-издательским...
Рекомендуется для студентов вузов, а также для самостоятельно изучающих историю экономических учений

Берестов, Н. И. Боргардт, С. Ю. Куклин Лабораторные работы по курсу общей физики  Строение вещества  Утверждено редакционно- издательским советом института Москва 2007 iconКонспект лекций Утверждено Редакционно-издательским советом в качестве...
Чижов М. И., Юров А. Н. Информатика и информационные системы: Конспект лекций. Воронеж: Воронеж гос техн ун-т, 2003. 148 с

Берестов, Н. И. Боргардт, С. Ю. Куклин Лабораторные работы по курсу общей физики  Строение вещества  Утверждено редакционно- издательским советом института Москва 2007 iconПриродных ресурсов
Рассмотрены и рекомендованы к изданию редакционно-издательским советом университета

Берестов, Н. И. Боргардт, С. Ю. Куклин Лабораторные работы по курсу общей физики  Строение вещества  Утверждено редакционно- издательским советом института Москва 2007 iconМетодические указания к выполнению курсовой работы по одноименной...
Рассмотрены и рекомендованы к изданию редакционно-издательским советом университета

Берестов, Н. И. Боргардт, С. Ю. Куклин Лабораторные работы по курсу общей физики  Строение вещества  Утверждено редакционно- издательским советом института Москва 2007 iconКонтрольная работа №1 по дисциплине
Допущено редакционно-издательским советом спбгиэу в качестве методических указаний

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
zadocs.ru
Главная страница

Разработка сайта — Веб студия Адаманов