5. Stefan_boltzman

SPRAWDZENIE PRAWA STEFANA – BOLTZMANA
Zagadnienia
-
Prawa promieniotwórczości: Stefana-Boltzmana, Wiena, Plancka
-
Ciało doskonale czarne
-
Zjawisko piroelektryczne i jego zastosowanie
-
Detektor piroelektryczny
I. Zestaw przyrządów:
- regulator temperatury RT z czujnikiem temperatury i grzejnikiem jako modelem
ciała doskonale czarnego,
- mechaniczny modulator strumienia promieniowania podczerwonego,
- pirometryczny detektor promieniowania podczerwonego (kryształ piroelektryczny z
elektrodami zwartymi opornikiem R),
- woltomierz lub amperomierz.
II. Przygotowanie zestawu pomiarowego do pracy:
1. Sprawdzić zgodność zestawu pomiarowego z powyższą listą. Zanotować klasy
mierników
2. Podłączyć do sieci regulator temperatury, sprawdzić, czy grzejnik ciała doskonale
czarnego podłączony jest do gniazd „G” znajdujących się na tylnej ściance
regulatora
temperatury.
3. Podłączyć do sieci piroelektryczny detektor promieniowania podczerwonego.
4. Ustawić okno detektora naprzeciw otworu w obudowie ciała doskonale czarnego.
Odległości detektora od modulatora powinna wynosić 1 2 cm .
5. Włączyć zasilanie detektora oraz modulatora.
UWAGA: Detektor jest czuły na wstrząsy, dlatego podczas
pomiarów należy unikać opierania się o stół, na którym stoi zestaw
pomiarowy.
1
III. Przebieg pomiarów:
1. Odczytać i zanotować wskazanie I0 detektora, gdy ciało doskonale czarne jest
zimne. Wskazania detektora (w jednostkach względnych) są proporcjonalne do
mocy padającego promieniowania podczerwonego.
2. Włączyć regulator temperatury do sieci.
3. Pokrętłem regulatora temperatury ustawić żądaną temperaturę i odczekać, aż
lampka kontrolna zgaśnie. Odczekać jeszcze 3 5 minut.
4. Zanotować nastawioną temperaturę oraz minimalne Imin i maksymalne Imax
wskazania detektora. Przyczyną oscylacji wskazań detektora są wahania
temperatury spowodowane astatyczną pracą regulatora temperatury (temperatura
oscyluje wokół wartości nastawionej).
5. Wykonać pomiary zależności mocy emitowanej przez ciało doskonale czarne
(mierzonej w jednostkach względnych) od jego temperatury w przedziale od
400C do 5400C. Temperaturę zmieniać co 25 300C.
IV. Opracowanie wyników:
1. Sporządzić wykresy zależności I od T oraz I od T 4 , gdzie T oznacza temperaturę
ciała doskonale czarnego w skali bezwzględnej [ K ]. Dla wybranych punktów z
początkowego, środkowego i końcowego zakresu temperatur zaznaczyć pola
niepewności. Omówić wynik graficzny.
2. Dla zakresu temperatury 350 5400C można wykonać wykres zależności
I
log max
I min
2
I 0 od logT .
3. Metodą regresji liniowej wyznaczyć, a następnie omówić, parametry prostej
y =Ax B czyli A= , B, niepewności A=
i B oraz współczynnik korelacji r.
Nanieść na wykres prostą najlepszego dopasowania i porównać ją z wykresem z
p.1.
Symbolem
oznaczono wykładnik potęgowy w prawie Stefana – Boltzmanna.
4. Uzyskane zależności porównać z prawem Stefana – Boltzmanna
2
Schemat układu pomiarowego
czujnik Pt 100
grzejnik
warstwa
absorpcyjna
elektrody
kryształ
piroelektryczny
R
RT
regulator temperatury
modulator
3
detektor
V