Úloha č. 11. H0 e. (4) tzv. Stefanův - Bo1tzmannův zákon a 2. H λ dλ (5)



Podobné dokumenty
Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

(1) Známe-li u vyšetřovaného zdroje závislost spektrální emisivity M λ

Trivium z optiky Fotometrie

Ing. Ondrej Panák, Katedra polygrafie a fotofyziky, Fakulta chemicko-technologická, Univerzita Pardubice

Demonstrace skládání barev

Ověření Stefanova-Boltzmannova zákona. Ověřte platnost Stefanova-Boltzmannova zákona a určete pohltivost α zářícího tělesa.

FYZIKA 3. ROČNÍK. Nestacionární magnetické pole. Magnetický indukční tok. Elektromagnetická indukce. π Φ = 0. - magnetické pole, které se s časem mění

16. MĚŘENÍ TEPLOTNÍ VYZAŘOVACÍ CHARAKTERISTIKY VOLFRAMOVÉHO VLÁKNA PYROMETREM

, je vhodná veličina jak pro studium vyzařování energie z libovolného zdroje, tak i pro popis dopadu energie na hmotné objekty:

Fyzikální podstata fotovoltaické přeměny solární energie

M e P S. Vyzařující plocha S je konstantní stejně jako σ a pokud těleso odvádí energii jen zářením

M ě ř e n í o d p o r u r e z i s t o r ů

2 e W/(m2 K) (2 e) = (1 0.85)(1 0.2) = Pro jednu emisivitu 0.85 a druhou 0.1 je koeficient daný emisivitami

Hodnocení tepelné bilance a evapotranspirace travního porostu metodou Bowenova poměru návod do praktika z produkční ekologie PřF JU

25 A Vypracoval : Zdeněk Žák Pyrometrie υ = -40 C C. Výhody termovize Senzory infračerveného záření Rozdělení tepelné senzory

4. PRŮBĚH FUNKCE. = f(x) načrtnout.

4.3.2 Vlastní a příměsové polovodiče

41 Absorpce světla ÚKOL TEORIE

Měrná vnitřní práce tepelné turbíny při adiabatické expanzi v T-s diagramu

základní pojmy základní pojmy teorie základní pojmy teorie základní pojmy teorie základní pojmy teorie

Fyzikální praktikum z molekulové fyziky a termodynamiky KEF/FP3. Teplotní záření, Stefan-Boltzmannův zákon

Zjednodušený výpočet tranzistorového zesilovače

Měrný náboj elektronu

Fyzikální praktikum FJFI ČVUT v Praze

L HOSPITALOVO PRAVIDLO

, je vhodná veličina i pro studium vyzařování energie z libovolného zdroje a také i pro popis dopadu energie na hmotné objekty:

Záření absolutně černého tělesa

PENOS ENERGIE ELEKTROMAGNETICKÝM VLNNÍM

6 Elektronový spin. 6.1 Pojem spinu

5. kapitola: Vysokofrekvenční zesilovače (rozšířená osnova)

Seznámíte se s pojmem primitivní funkce a neurčitý integrál funkce jedné proměnné.

INTERGRÁLNÍ POČET. PRIMITIVNÍ FUNKCE (neurčitý integrál)

CW01 - Teorie měření a regulace

mocnině teploty. Pomocí fitu určete konstantu β. 3. Ověřte Stefan-Boltzmanův zákon (5), výsledky vyneste do grafu a určete konstatu ɛ.

Měření teploty v budovách

Čím je teplota látky větší (vyšší frekvence kmitů), tím kratší je vlnová délka záření.

SROVNÁNÍ KOLORIMETRICKÝCH ZKRESLENÍ SNÍMACÍCH SOUSTAV XYZ A RGB Jan Kaiser, Emil Košťál xkaiserj@feld.cvut.cz

Úloha 05 Verze

Fyzikální praktikum FJFI ČVUT v Praze

Charakteristiky optoelektronických součástek

PROCESY V TECHNICE BUDOV 12

Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích. Katedra fyziky. Modely atomu. Vypracovala: Berounová Zuzana M-F/SŠ

Radiometrie a fotometrie. Veličina Jednotka Značka. svítivost candela cd

1. Určíme definiční obor funkce, její nulové body a intervaly, v nichž je funkce kladná nebo záporná.

I. MECHANIKA 8. Pružnost

Měření absorbce záření gama

2 Nd:YAG laser buzený laserovou diodou

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS

1. Okrajové podmínky pro tepeln technické výpo ty

5.1 Měření barevných souřadnic světla pomocí Donaldsonova kolorimetru

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

PŘÍKLAD 2 1. STANOVENÍ ÚSPOR TEPLA A ROČNÍ MĚRNÉ POTŘEBY TEPLA 1.1. GEOMETRICKÉ VLASTNOSTI BUDOVY 1.2. CHARAKTERISTIKA STAVEBNÍCH KONSTRUKCÍ

Rentgenová strukturní analýza

Úvod do fyziky plazmatu

Studium fotoelektrického jevu

28. Základy kvantové fyziky

1. Změřit metodou přímou závislost odporu vlákna žárovky na proudu, který jím protéká. K měření použijte stejnosměrné napětí v rozsahu do 24 V.

2. Frekvenční a přechodové charakteristiky

Název: Studium záření

INOVACE PŘEDNÁŠEK KURZU Fyzikální chemie, KCH/P401

Kapitola 2. Bohrova teorie atomu vodíku

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE. Úloha 11: Termická emise elektronů

STUDIUM DEFORMAČNÍCH ODPORŮ OCELÍ VYSOKORYCHLOSTNÍM VÁLCOVÁNÍM ZA TEPLA

Fyzikální sekce přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM. Fyzikální praktikum 3

MĚŘENÍ ABSOLUTNÍ VLHKOSTI VZDUCHU NA ZÁKLADĚ SPEKTRÁLNÍ ANALÝZY Measurement of Absolute Humidity on the Basis of Spectral Analysis

hledané funkce y jedné proměnné.

Laboratorní úloha č. 7 Difrakce na mikro-objektech

Stanovení koncentrace složky v roztoku potenciometrickým měřením

INSTITUT FYZIKY VŠB-TU OSTRAVA NÁZEV PRÁCE

1 Bezkontaktní měření teplot a oteplení

347/2012 Sb. VYHLÁŠKA

ÚLOHY Z ELEKTŘINY A MAGNETIZMU SADA 4

H - Řízení technologického procesu logickými obvody

SPEKTROSKOPICKÉ VLASTNOSTI LÁTEK (ZÁKLADY SPEKTROSKOPIE)

Měrná vnitřní práce tepelné turbíny při adiabatické expanzi v T-s diagramu

část 8. (rough draft version)

11 Termická emise elektronů

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

{ } ( ) ( ) ( ) ( ) r 6.42 Urč ete mohutnost a energii impulsu

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE DIPLOMOVÁ PRÁCE Bc. Pavel Hájek

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

Vliv prostupů tepla mezi byty na spravedlivost rozúčtování nákladů na vytápění

Otázka č.3 Veličiny používané pro kvantifikaci elektromagnetického pole

Spektroskopie Vegy. e hc/k BλT. λ 5 1. L =4πR 2 σt 4, (2)

Přijímací zkoušky do NMS 2013 MATEMATIKA, zadání A,

41 Absorpce světla ÚKOL TEORIE

MĚŘENÍ ABSORPCE SVĚTLA SPEKOLEM

KIRSTEN BIEDERMANNOVÁ ANDERS FLORÉN PHILIPPE JEANJACQUOT DIONYSIS KONSTANTINOU CORINA TOMAOVÁ TLAKEM POD

1. Limita funkce - výpočty, užití

11.13 Tepelná emisivita betonu

Přirozená exponenciální funkce, přirozený logaritmus

Navrhování osvětlení pro interiérové květiny

Fyzikální sekce přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM. Praktikum z pevných látek (F6390)

C p. R d dielektrické ztráty R sk odpor závislý na frekvenci C p kapacita mezi přívody a závity

Fyzikální sekce přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM. Speciální praktikum z abc

d p o r o v t e p l o m ě r, t e r m o č l á n k

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Pracoval: Jan Polášek stud. skup. 11 dne

4 SÁLÁNÍ TEPLA RADIACE

Teplota je nepřímo měřená veličina!!!

Transkript:

pyromtrm - vrz 01 Úloha č. 11 Měřní tplotní vyzařovací charaktristiky wolframového vlákna žárovky optickým pyromtrm 1) Pomůcky: Měřicí zařízní obsahující zdroj lktrické nrgi, optický pyromtr a žárovku s wolframovým vláknm, 2 přístroj UNI 10, spojovací kably. 2) Tori: Látky všch skupnství vydávají lktromagntické zářní, jhož spktrální průběh závisí na tplotě. Pvné a kapalné látky vyzařují spojité spktrum, jhož průběh má maximum pro určitou vlnovou délku v závislosti na tplotě. Protož pro běžné tploty njvětší část vyzářné nrgi spadá do větších vlnových délk mluvím o tzv. tplotním zářní. Zářivou nrgii ktrou vysílá povrch tělsa nějakou plochou S za jdnotku času (tdy zářivý výkon), nazývám zářivým tokm a označujm Φ (W). Množství vyzářného výkonu jdnotkovou plochou nazývám intnzita vyzařování a j zřjmě dφ = (W.m -2 ) ds (1) Intnzita vyzařování přdstavuj vyzářný výkon jdnotkové plochy na všch vlnových délkách. Vybrm-li z všch vlnových délk v okolí zvolné délky malý intrval d, pak na vlnových délkách spadajících do tohoto intrvalu, j vyzářna pouz část d z clé hodnoty. Podíl d d = (W.m -3 ) (2) s nazývá monochromatická (spktrální) hustota intnzity vyzařování, ktrá udává výkon vyzářný jdnotkovou plochou na vlnových délkách spadajících do jdnotkového vlnového intrvalu v okolí dané vlnové délky. J tdy zřjmě = 0 1 d (3) Zatímco intnzita vyzařování j jn funkcí tploty T, j spktrální hustota intnzity vyzařování funkcí jak tploty T, tak i vlnové délky, tdy = f ( T ), = f ( T,) Abstrakci byl zavdn pojm absolutně črné tělso. J to tělso s idálním pohlcováním i vyzařováním lktromagntického zářní. Pro něj byly nalzny vztahy 0 = σt () tzv. Stfanův - Bo1tzmannův zákon a 2 2πhc 0 = hc 5 kt 1 (5)

pyromtrm - vrz 01 ktrý odvodil Planck. V těchto vztazích j σ = 5,67. 10-8 W.m -2.K - Stfanova-Boltzmannova konstanta, h Planckova konstanta, k Boltzmannova konstanta a c rychlost světla. Každé tělso však njn zářní vysílá, al i pohlcuj. Ukazuj s navíc, ž tělso pohlcuj njvíc právě tu spktrální část v ktré njvíc vyzařuj. Poměr nrgi poh1cné ku nrgii dopadající na danou plochu nazývám poměrnou pohltivostí (rlativní absorpcí), krátc pohltivostí a označujm j α. Pro intnzitu vyzařování platí tzv. Kirchhoffův zákon pro úhrnné zářní = f (T ). α tnto podíl j pouz funkcí tploty T. Pro spktrální hustotu zářní však j podíl = F( T,) α závislý jak na tplotě tak i na vlnové délc, tdy monochromatická pohltivost α j závislá na vlnové délc. Pro absolutně črné tělso j α 0 = α 0 = 1. Toto tělso idálně pohlcuj clkově i na všch vlnových délkách. Bud tdy ( T ) =, F ( T, ) = 0 f 0 a Kirchhofův zákon můžm psát v tvaru = α 0, = α 0 (6) Pro jiná tělsa j α < α 0, α < α 0. V obcném případě j α = f() (barvná tělsa) a vyzařování takových těls j vlmi složitou zá1žitostí. Existují však tělsa, pro něž j α = α < 1 (7) ktrým říkám šdá tělsa. Pro ně platí podl (6) a () = α. = α. σ T 0. a pro spktrální hustotu vyzařování = α. 0 tdy intnzita vyzařování i spktrální hustota zářní šdého zářič j α - krát mnší, nž črného tělsa a platí pro něj analogické zákony jako pro absolutně črné tělso. Úkolm této 1aboratorní prác bud studium vyzařováni žárovky s wolframovým vláknm. Wolframový povrch vlákna můžm považovat za šdé tělso s pohltivostí α = 0,3. Budm-li přdpokládat, ž každá část vlákna vyzařuj rovnoměrně nrgii do clého prostoru, ž tdy j intnzita vyzařování v každém místě vlákna konstantní, bud podl (1) a (8) Φ = ds = S = α σ T S S (10) Vličina Φ však přdstavuj vyzařovaný výkon. Rozzářní vlákna žárovky s dosáhn průchodm lktrického proudu. Zd budm uvažovat ž výkon tohoto proudu s prakticky přmění v výkon vyzářný vláknm žárovky tdy 2 (8) (9)

pyromtrm - vrz 01 P = U.J = Φ, kd U j napětí a J procházjící proud vláknm žárovky. Pak bud podl (10) platit U.J = α.σ.s.t (11) a tnto vtah budm chtít ověřit. 3) Měřní: Abychom mohli ověřit vztah (11), musím zjistit závislost tploty T na výkonu procházjícího lktrického proudu. K tomu účlu obsahuj měřicí aparatura rgulovatlný zdroj lktrické nrgi, jímž j možno měnit procházjící proud vláknm žárovky. Napětí U a procházjící proud J měřím připojnými přístroji UNI 10. Schéma zapojní: Ž - žárovka s wolframovým vláknm V - voltmtr A - ampérmtr RZ - rgulovaný zdroj l. nrgi OP - optický pyromtr O - objktiv O - okulár C - vlákno v pyromtru M - měřicí přístroj R - rostat F - črvný filtr Tplotu wolframového vlákna žárovky měřím optickým pyromtrm OP. Optický pyromtr pracuj na principu srovnávání jasu měřného zdroj s jasm rozžhavného vlákna uvnitř přístroj. J opatřn objktivm O pro zaostřní sldovaného zářič a okulárm O pro zaostřní vlákna uvnitř přístroj. Vlákno j napájno přs rostat R z rgulovaného zdroj napětím 3V. Rostatm můžm měnit procházjící proud vláknm a tak i jas zářícího vlákna pyromtru. Stupnic měřicího přístroj M j cjchována jako tplota v C. Má dva rozsahy 700 1500 C a 1200 3500 C. U jasového pyromtru většinou nměřím tplotu v clém vlnovém oboru, nýbrž vybírá s jn část spadající do úzkého vlnového intrvalu v okolí vlnové délky = 650 nm, čhož dosáhnm črvným filtrm F uvnitř přístroj. Srovnávám tdy spktrální hustoty intnzity měřného zářič a vlákna 3

pyromtrm - vrz 01 pyromtru. Uvažujm-li však, ž u měřného zářič j podl (7) spktrální pohltivost stjná, jako clková, j porovnávání jasů obou těls v črvném světl oprávněné, nboť podl (8) a (9) j jak spktrální, tak i clková intnzita vyzařování úměrná příslušným vličinám vyzařování absolutně črného tělsa. Protož j pyromtr cjchován pro zářní absolutně črného tělsa, j jím u běžných zdrojů měřna vždy tplota nižší. J proto třba naměřnou tplotu T m přpočítat na skutčnou tplotu T s podl vztahu 1 1 T T S m = lnα c kd = 650.10-9 m J vlnová délka použitého črvného filtru. konstanta c = 1,388.10-2 m.k a monochromatická pohltivost pro wolfram α w = 0,3. Vztah (11) můžm též psát v tvaru P = U.J = BT, Kd B = α.σ.s. (12) (13) (1) ) Postup měřní: Připojím žárovku s wolframovým vláknm a pyromtr k zdroji lktrické nrgi. Připojím do příslušných zdířk zdroj měřicí přístroj, zapojím zdroj do sítě a zapnm ho.. Postupně budm zvyšovat žhavní vlákna rgulací lktrického napětí na vlákně a měřit probíhající proud J vláknm a příslušné napětí U. K každé dvojici U, J změřím příslušnou tplotu t m vlákna optickým pyromtrm. Měřní tploty s provádí tak, ž stisknm tlačítko vypínač T u pyromtru a otočným rostatm R otáčím tak dlouho až s nám zdají jasy vlákna měřné žárovky a vlákna pyromtru stjné. Naměřnou tplotu t m přpočítám na absolutní tplotu T m = t m + 273,15 (K) a podl vztahu (12) na skutčnou tplotu T s vlákna. Naměřné hodnoty zapíšm do tabulky U (V) J (A) P (W) t m ( C) T m (K) T s (K) log T s log P Vztah (13) j jn tortický. Přdpokládjm, ž měřním získám vztah k P = B T. Logaritmováním výrazu (15) dostanm log P = log B + k log T. Položím-li log P = Y, log T = X, log B = q. Obdržím Y = kx + q. ( 15 )

pyromtrm - vrz 01 To j rovnic přímky, ktrou získám, vynsm-li hodnoty log T a log P do grafu. Z této přímky můžm získat hodnoty konstant K a q a tdy i hodnotu vličiny B. Vlákno žárovky j tlusté 0,097 mm a dlouhé 13 mm, znám tdy jho vyzařovací plochu. Z rovnic (1) můžm vypočítat hodnotu konstanty B a porovnat ji s hodnotou získanou měřním. 5) Úkol měřní: a) Změřt vyzařovací charaktristiku P = f( T ) wolframového vlákna žárovky a vynst graficky závislost log P = f( log T). Provďt alspoň 10 měřní pro různá napětí v rozsahu 7-20 V. Každé měřní opakujt 10x ( 5x při zvyšování tploty, 5x při jjím snižování). Pro toto měřní si připravt zvláštní tabulku. Do výš uvdné tabulky zapišt pod vličinu t m jn průměrnou hodnotu naměřných tplot u jdnotlivých výkonů. b) Z grafu a mtodou njmnších čtvrců nbo mtodou skupinovou určt konstanty k a B a porovnjt j s tortickými hodnotami odpovídajícími vztahům (13) a (1). 6) Závěr: Zamyslt s nad výsldkm měřní. Provďt jho vyhodnocní a vyjádřt svůj názor na shodu, či nshodu vašho výsldku měřní a torií. Litratura: S. E. Friš - A. V. Timorva: Kurs fysiky III. ČSAV Praha 195 Z. orák - F. Krupka: Fyzika. SNTL Praha 1976 O. Mašková a kol.: Fyzikální praktikum, VŠSE Plzň 1981 5