Ćwiczenie nr 16

Wyznaczanie długości fali promieniowania podczerwonego.

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie długości fali promieniowania podczerwonego emitowanego przez
ciało o temperaturze T wyższej od temperatury otoczenia.

Długość fali promieniowania podczerwonego zależy od temperatury ciała. W przypadku grzejnika
elektrycznego temperatura T zależy od napięcia zasilającego U.

Schemat obwodu grzejnika

Długość fali znajdujemy korzystając z prawa przesunięć Wiena.

λmax x T= const

Jeżeli λmax wyrazimy w mikronach to:

λmax x T = 2898 [µm K]

Powyższy wzór odnosi się do ciał doskonale czarnych. W rzeczywistości wyznaczona zostaje tylko
przybliżona wartość długości fali. Temperaturę T grzejnika elektrycznego wyznaczamy za pomocą
termoogniwa.

Termoogniwo jest to obwód zamknięty złożony ze spojonych ze sobą dwóch różnych przewodników
metalowych. Jeżeli miejsca spojeń utrzymywać będziemy w tej samej temperaturze, to w obwodzie
nie będzie płynąć prąd. Gdy między spojeniami wytworzymy różnicę temperatur w obwodzie
powstanie siła termoelektryczna zależna od różnicy temperatur i od rodzaju stykających się ze sobą
metali. Dla niewielkiej różnicy temperatury siła termoelektryczna jest proporcjonalna do różnicy
temperatur:

E = C (TA –TB)

Gdzie C jest to zdolność termoelektryczna, liczbowo równa sile termoelektrycznej powstałej przy
różnicy temperatur obu spojeń wynoszącej 1K.

Kolejność czynności:

I Cechowanie termoogniwa.

1. Włączyć miliwoltomierz i nastawić na zakres 10 mV .

2. Styk A termopary zanurzyć w wodzie znajdującej się w kolbie, tak, aby termometr i styk A
znajdowały się blisko siebie. Styk B zanurzyć w zlewce z wodą i lodem (w obecności asystenta).

3. Podgrzać do 65°C wodę w kolbie ustawionej na podgrzewaczu elektrycznym. Wyłączyć ogrzewanie
elektryczne. Odczekać do ustalenia się temperatury.

4. Odczytywać temperaturę i wskazania miliwoltomierza co 5°C zaczynając od 70°C Wyniki
zapisywać w tabeli nr 1.

5. Pomiar zakończyć przy temperaturze 55°C i wyzerować miliwoltomierz.

6. Wykonać wykres E= f(TA).

II Wyznaczanie długości fali.

1. Styk A termoogniwa umieścić w promienniku podczerwieni, a styk B zanurzyć w naczyniu z lodem.

2. Miliwoltomierz nastawić na zakres 10 mV.

3. Ustawić napięcie zasilacza promiennika podczerwieni na 75V.

4. Po odczekaniu 5 min odczytać wskazania miliwoltomierza i zanotować w tabeli nr 2.

5. Pomiary powtórzyć przy napięciu zasilacza 100, 125, 150 V. Po każdej zmianie napięcia zasilania
odczekać 5 min.

6. Wyzerować miliwoltomierz, wyłączyć zasilanie promiennika podczerwieni i wyłączyć
autotransformator z sieci.

7. Odczytać z wykresu E= f(TA) wartość temperatury T promiennika podczerwieni dla mierzonej siły
termoelektrycznej E. Odczytaną wartość zanotować w tabeli nr 2.

8. Z wzoru Wiena obliczyć wartość λmax i wpisać do tabeli nr 2.

UWAGA! Przez cały czas trwania pomiarów pilnować, aby w naczyniu z lodem znajdowało się
dostatecznie dużo lodu.

Tabela nr 1

Temperatura

t (°C)

70 65 60 55

Temperatura

T ( K)

Wychylenie

Miliwoltomierza

E (mV)

Tabela nr 2

Napięcie zasilające

U (V)

75 100 125 150

Wychylenie miliwoltomierza

E (mV)

Temperatura

T (K)

Długość fali λmax

(µm)

Sprawozdanie powinno zawierać:

1. Tabele pomiarowe.

2. Wykres na papierze milimetrowym E= (TA).

3. Wyliczenie długości fali.

4. Wniosek.