1998/99 |
LABORATORIUM Z FIZYKI |
|||
ĆW. NR 71 |
TEMAT: PROMIENIOWANIE CIEPLNE |
|||
WYDZ. ELEKTRONIKA GRUPA 1.3 |
NAZWISKO I IMIĘ : GAWLIK RYSZARD |
|||
DATA WYKON. |
OCENA |
DATA ZALICZ. |
PODPIS |
|
07.05.99 |
T |
|
|
|
|
S |
|
|
|
1. ZASADA POMIARU.
W promieniowaniu cieplnym zdolność emisyjna promieniowania Rλ ciał rzeczywistych jest mniejsza od odpowiedniej wartości Rλc dla ciała doskonale czarnego.
Dla każdego ciała prawdziwe jest prawo Kirchhoffa, które można zapisać:
Rλ (λ,T) = aλ (λ,T) * Rλc (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 Rc = 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 TO jest niższa od temp. ciała T, to ciało wypromieniowuje moc:
P = a S δ ( T4 - TO4 )
W dośw. porównuje się moc P wypromieniowaną przez badane ciało z mocą Po, wypromieniowaną w takich samych warunkach przez sadzę (dla której przyjm. a = 1).
Wypromieniowana moc absorbowana jest przez termoparę „2” (schemat pom.), wytwarzając w jej obwodzie prąd elektr. o mocy PI proporcjonalnej do P.
Ponieważ PI = U2 / R (R- wartość oporu obwodu),
musi zachodzić: P = f U2 (f- współczynnik proporcjonalności).
Wobec tego zgodnie z P = a S δ ( T4 - TO4 ), przy tej samej temp. T badanego ciała i sadzy, znajdujących się w tych samych warunkach zew. opisanych przez temp. TO 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,
UC- 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 - co prawda podziałka termometru była bardzo mała, jednak ze względu na obecność obu laborantów można przyjąć dokładność pół działki - czyli 0,05C
b) Pomiar napięcia - zarówno dla ciała badanego jak i dla sadzy wykonywany tym samym woltomierzem z odczytem cyfrowym , ze względu na duże wahania przyjmujemy dokładność 10 μV
4. TABELE POMIAROWE.
t |
U |
UC |
a |
Δa |
aśr - ai |
°C |
μV |
μV |
|
błąd logarytmiczny |
błąd przeciętny |
60 |
71 |
135 |
0,277 |
0,119 |
0,038 |
70 |
90 |
198 |
0,207 |
0,067 |
0,032 |
80 |
120 |
257 |
0,218 |
0,053 |
0,021 |
90 |
160 |
317 |
0,255 |
0,048 |
0,016 |
wartość |
średnia |
= |
0,239 |
0,072 |
0,027 |
5. PRZYKŁADOWE OBLICZENIA.
Pomiar 1:
T = 60C
U = 71 V
Uc= 135 V
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 0,027, 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.
a = 0,239 ± 0,072