1996/1997	LABORATORIUM Z FIZYKI
ĆW. NR 71	TEMAT: PROMIENIOWANIE CIEPLNE
WYDZ. ELEKT KIER. E.L. i T. GRUPA E03	NAZWISKO I IMIĘ : Wardziński Sergiusz
DATA WYKON.	OCENA		DATA ZALICZ.	PODPIS
03.04.1997	T
	S

1. ZASADA POMIARU.

W promieniowaniu cieplnym zdolność emisyjna promieniowania R_λ ciał rzeczywistych jest mniejsza od odpowiedniej wartości R_λc dla ciała doskonale czarnego.

Dla każdego ciała prawdziwe jest prawo Kirchhoffa, które można zapisać:

R_λ (λ,T) = a_λ (λ,T) * R_λc (λ,T)

gdzie: aλ (λ,T) - współczynnik pochłaniania ciała.

Prawo Kirchhoffa stosuje się nie tylko do widmowej zdolności emisyjnej promieniowania Rλ, lecz również do emisji energetycznej ciała R. Emisja ta musi być równa mocy P wypromieniowanej przez jednostkę powierzchni ciała R = P (S)

(dla ciała doskonale czarnego R_c = P (S) ).

Uwzględniając prawo Stefana - Boltzmana:

R = δT4

gdzie:

T - temp. ciała

Otrzymamy: P = a S δ T⁴ (a = 1 - dla ciała doskonale czarnego)

Jeżeli temp. otoczenia T_O jest niższa od temp. ciała T, to ciało wypromieniowuje moc:

P = a S δ ( T⁴ - T_O⁴ )

W doświadczeniu porównuje się moc P wypromieniowaną przez badane ciało z mocą Po, wypromieniowaną w takich samych warunkach przez sadzę (dla której przyjmuje się a = 1).

Wypromieniowana moc absorbowana jest przez termoparę „2” (schemat pomiarowy), wytwarzając w jej obwodzie prąd elektryczny o mocy P_I proporcjonalnej do P.

Ponieważ P_I = U² / R (R- wartość oporu obwodu),

musi zachodzić: P = f U2 (f- współczynnik proporcjonalności).

Wobec tego zgodnie z P = a S δ ( T⁴ - T_O⁴ ), przy tej samej temp. T badanego ciała i sadzy, znajdujących się w tych samych warunkach zew. opisanych przez temp. T_O zachodzi: oraz

Dzieląc stronami otrzymamy:

Równanie to pozwala obliczyć współczynnik pochłaniania a materiału, z którego wykonane jest dno naczynia „2” (schemat) ze stosunku napięć w obwodach termopary

(U- napięcie w obwodzie termopary jeżeli ustawione jest nad nią badane ciało,

U_C- napięcie jeżeli nad termoparą znajduje się ciało, którego powierzchnia jest poczerniona sadzą).

Powierzchnie obu ciał są sobie równe, a także jest jednakowa ich temp., gdyż w biegu wodnym połączone są szeregowo.

2. SCHEMAT POMIAROWY.

3. OCENA DOKŁADNOŚCI POJEDYNCZYCH POMIARÓW.

a) Pomiar temperatury - termometr o dokładności 0,1C

b) Pomiar napięcia - zarówno dla ciała badanego jak i dla sadzy wykonywany tym samym woltomierzem z odczytem cyfrowym , ze względu na duże wahania przyjęto dokładność 10 μV

4. TABELE POMIAROWE.

t	U	UC	a	Δa	aśr - ai
°C	μV	μV		błąd logarytmiczny	błąd przeciętny
60	84	144	0,340	0,128	0,050
70	118	194	0,370	0,101	0,020
80	164	260	0,398	0,079	0,008
90	222	330	0,453	0,068	0,062
wartość	średnia	:	0,390	0,094	0,035

5. PRZYKŁADOWE OBLICZENIA.

Pomiar 1:

T = 60C

U = 84 mV

Uc= 144 mV

6. RACHUNEK BŁĘDÓW.

a) Błąd logarytmiczny:

Błąd współczynnika a podany w rubrykach tabeli obliczono metodą różniczki logarytmicznej ze wzoru:

Wartość średnia:

b) Błąd przeciętny:

Błąd przeciętny a podany obliczono ze wzoru:

Wartość średnia:

7. WNIOSKI I ZESTAWIENIE WYNIKÓW.

Jak widać z wyników otrzymanych w tabeli błąd przeciętny pomiaru nie jest duży i wynosi 0,035, jednak nie ma sensu podawanie takiego błędu w zestawieniu wyników, gdyż nie jest to błąd rzeczywisty. Dopiero uwzględnienie błędu aparaturowego (liczonego metodą pochodnej logarytmicznej), który jest znacznie większy niż błąd przeciętny pozwoli nam poznać rzeczywisty wynik doświadczenia. Wynik jest zgodny z zasadami teorii promieniowania termicznego, gdyż żadne ciało rzeczywiste nie może mieć stałej emisji większej od stałej emisji ciała doskonale czarnego, równej jedności.

---