SPREL1F, promieniowanie termiczne


Sprawozdanie z ćwiczenia E-1.

Paweł Donarski

Zespół nr 17

Wydział Inż. Środowiska

Ocena z przygotowania:

Czwartek

Ocena ze sprawozdania:

Data :

Zaliczenie:

Prowadzący:

Podpis:

Temat: Badanie widma promieniowania termicznego na przykładzie żarówki z włóknem wolframowym.

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z problemami związanymi z promieniowaniem termicznym, sprawdzenie słuszności prawa przesunięć Wiena oraz wyznaczenie rozkładów widmowych promieniowania włókna wolframowego żarówki dla kilku wybranych wartości temperatur.

Podstawy fizyczne.

Każde ciało w temperaturze powyżej zera bezwzględnego wysyła promieniowanie termiczne o widmie ciągłym. Promieniowanie to można obserwować w postaci widma, tak więc widmem nazywamy obraz zarejestrowanego promieniowania. Gdy temperatura nie przekracza 770K to widmo to składa się wyłącznie z promieniowania o długościach fal większych od zakresu widzialnego. Wraz ze wzrostem temperatury udział tego promieniowania wzrasta.

Modelem ciała emitującego promieniowanie termiczne jest ciało doskonale czarne.

Jest to ciało całkowicie pochłaniające energię padającą w całym zakresie widma. Zdolność absorbcyjna oraz emisyjna jest równa 1 z czego wynika, że ciało to emituje dokładnie tyle samo energii ile pochłania. Natomiast dla dowolnego ciała zdolność emisyjna wyraża się wzorem:

0x01 graphic

gdzie:

a - zdolność (liczba niemianowana wskazująca jaka część energii padającej jest absorbowana w jednostce czasu przez jednostkę powierzchni)

E - zdolność emisyjna ciała doskonale czarnego

Przekształcając powyższy wzór otrzymujemy prawo Kirchoffa:

0x01 graphic

Rozkład energetyczny promieniowania ciała doskonale czarnego znajdującego się w temperaturze T dany jest wzorem Plancka:

0x01 graphic

gdzie:

h - stała Plancka (6,62*0x01 graphic
)

k - stała Boltzmana (0x01 graphic
)

0x01 graphic
- długość fali

Zależność powyższa jest słuszna przy założeniu, że wypromieniowana energia jest w postaci kwantów.

Charakterystyczne dla rodziny krzywych opisanych wzorem Plancka jest istnienie maximów zdolności emisji, przy czym wraz ze wzrostem temperatury przesuwa się ono w kierunku fal krótkich. Okazuje się, że spełnione jest prawo:

0x01 graphic

gdzie:

0x01 graphic
- długość fali odpowiadająca maksimum zdolności emisji promieniowania ciała doskonale czarnego.

Powyższa zależność zwana jest prawem przesunięć Wiena.

Całkowita energia promieniowania wysyłana przez jednostkę powierzchni ciała doskonale czarnego w jednostce czasu wynosi:

0x01 graphic

gdzie:

0x01 graphic
oznacz stałą Stefana-Boltzmanna

Opis ćwiczenia.

Do wyznaczenia rozkładu widmowego wykorzystany zostaje spektrometr Hilgera. Pozwala on na określenie długości fali padającego promieniowania. Do detekcji promieniowania użyty został fotorezystor, którego czułość zależy od długości fali padającej, a co za tym idzie należy wprowadzić stosowne poprawki. Temperatura włókna żarówki wyznaczona zostanie na podstawie pobieranej przez nią mocy. Pomiary długości fali zostały przeprowadzone dla trzech różnych temperatur w zakresie od 0,7 do 3 0x01 graphic
.

Opracowanie wyników.

Na podstawie zmierzonych wartości sporządziliśmy wykres zależności względnej zdolności emisyjnej od długości fali dla 3 różnych temperatur. Względna zdolność emisyjna wyraża się wzorem:

0x01 graphic

gdzie:

0x01 graphic
- wartość zdolności emisji znaleziona po uwzględnieniu poprawki na czułość rezystora:

0x01 graphic
s - czułość fotorezystora

0x01 graphic
- największa wartość 0x01 graphic

Z wykresu odczytaliśmy długość fali na która przypada maximum emisji.

Temperaturę włókna żarówki wyznaczyliśmy korzystając z zależności T(P), gdzie P=U*I.

Moc [W]

Temperatura [K]

0x01 graphic
[0x01 graphic
]

14.250x01 graphic
2 (14%)

15830x01 graphic
50

1.50x01 graphic
0.05

11.000x01 graphic
1.8 (16%)

16940x01 graphic
50

1.40x01 graphic
0.05

8.750x01 graphic
1.6 (18%)

18330x01 graphic
50

1.30x01 graphic
0.05

Sprawdzanie prawa przesunięć Wiena:

Temperatura [K]

0x01 graphic
[0x01 graphic
]

T*0x01 graphic

15830x01 graphic
50

1.50x01 graphic
0.05

23750x01 graphic
154

16940x01 graphic
50

1.40x01 graphic
0.05

23720x01 graphic
155

18330x01 graphic
50

1.30x01 graphic
0.05

23830x01 graphic
157

Dyskusja błędów.

Przy szacowaniu błędów braliśmy pod uwagę tylko błędy systematyczne wynikające z niedokładności użytych przyrządów oraz błędy związane z odczytem z wykresów. Błędy liczyliśmy przy założeniach:

Błąd odczytu woltomierza:

0x01 graphic
0.325V (klasa=0.5 zakres=15V niedokładność odczytu=0x01 graphic
0.25V)

Błąd odczytu amperomierza:

0x01 graphic
0.225A (klasa=0.5 zakres=5 niedokładność odczytu=0x01 graphic
0.2A)

Błąd odczytu spektrometru:

0x01 graphic
=0.050x01 graphic

Błąd mocy wydzielanej na żarówce obliczyliśmy metodą pochodnej logarytmicznej:

0x01 graphic

Błąd temperatury włókna żarówki odczytaliśmy z wykresu T(P), po uwzględnieniu błędu mocy.

Sprawdzając słuszność prawa przesunięć Wiena błąd iloczynu T*0x01 graphic
oszacowaliśmy metodą różniczki zupełnej:

0x01 graphic

Wnioski.

W ćwiczeniu badaliśmy widmo promieniowania termicznego żarówki z włóknem wolframowym dla trzech różnych temperatur o zakresie fal od 0,7 do 3 0x01 graphic
(temperaturę otrzymaliśmy na podstawie wykresów T(P)). Pozwalało to na wyznaczenie długości fali, dla której zdolność emisyjna była największa. Otrzymane zależność zdolności emisyjnej od długości fal pokrywały się z wykresem teoretycznym za wyjątkiem skrajnych wartości długości fal. Przypuszczamy, że może to być spowodowane zbyt niską czułością fotorezystora na daną długość fali.

Otrzymane wyniki pozwalały na sprawdzenie prawa przesunięć Wiena. Obliczone iloczyny 0x01 graphic
były jednakowe (uwzględniając oszacowane poprzednio błędy), co potwierdza poprawność przeprowadzonych pomiarów i obliczeń.

Sprawozdanie z ćwiczenia E-1 strona 1



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Badanie widma promieniowania termicznego na przykładzie 01, promieniowanie termiczne
FIZLAB, J E 1, promieniowanie termiczne
4 Promieniowanie termiczne
Badanie widma promieniowania termicznego na przykładzie 03, Tabela do sprawozdań
Promieniowanie termiczne Katastrofa w nadfiolecie
Wykład 33 Promieniow Termiczne
Promieniowanie cieplne, Promieniowanie cieplne (termiczne) to promieniowanie, które wytwarza ciało m
8 Działanie promieniowania gamma na właściwości mechaniczne i termiczne folii z politereftalanu etyl
Wpływ promieniowania elektromagnetycznego wysokiej częstotliwości o natężeniach nie termicznych
3B Promieniowanie jonizujące
sem 2 promieniowanie rtg

więcej podobnych podstron