Khảo sát hiện tượng bức xạ nhiệt nghiệm định luật Stefan – Boltzmann | Bài chuẩn bị thí nghiệm tuần 5 - thí nghiệm 6 môn thí nghiệm vật lý 1
1. Phát biểu nội dung định luật Stefan- Boltzman công suất bức xạ nhiệt của một vật thì tỷ lệ với lũy thừa bậc bốn của nhiệt độ tuyệt đối của vật bức xạ và diện tích bề mặt vật bức xạ. 2. Hiện tượng bức xạ nhiệt là gì? Đối tượng khảo sát bức xạ nhiệt trong bài thí nghiệm này là vật nào? Làm sao để thay đổi nhiệt độ của vật đó, Tài liệu giúp bạn tham khảo, ôn tập và đạt kết quả cao. Mời bạn đọc đón xem!
Môn: Thí nghiệm vật lý 1 (PHYS111202)
Trường: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
Thông tin:
Tác giả:
Thông tin :
Môn:
Thí nghiệm vật lý 1 (PHYS111202)
Trường:
Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
Tác giả:
Tài liệu liên quan:
Preview text:
BÀI 6: KHẢO SÁT HIỆN TƯỢNG BỨC XẠ NHIỆT
NGHIỆM ĐỊNH LUẬT STEFAN – BOLTZMANN
1. Phát biểu nội dung định luật Stefan- Boltzman
công suất bức xạ nhiệt của một vật thì tỷ lệ với lũy thừa bậc bốn của nhiệt độ tuyệt đối của vật
bức xạ và diện tích bề mặt vật bức xạ
2. Hiện tượng bức xạ nhiệt là gì? Đối tượng khảo sát bức xạ nhiệt trong bài thí nghiệm này là vật
nào? Làm sao để thay đổi nhiệt độ của vật đó
Bức xạ nhiệt là hoạt động truyền nhiệt dưới dạng sóng điện từ xuyên qua khoảng không từ vật
này sang vật khác không tiếp xúc với nhau mà không cần môi chất trung gian, bao gồm các năng
lượng nhiệt có sự chuyển động từ các hạt điện tích. Điều này khác với dẫn nhiệt và đối lưu –
dạng truyền nhiệt tiếp xúc.
Đối tượng khảo sát là một bóng đèn dây tóc
Khi thay đổi công suất của nguồn, dòng điện qua bóng đèn và điện áp trên nó sẽ
thay đổi. Các giá trị này quan sát được trên ampere kế và volt kế.
Tại phần 2 của thí nghiệm, suất nhiệt điện động được đo bằng một điện kế. Giá trị
của suất nhiệt điện động này thay đổi trong hai trường hợp: khi thay đổi công suất
nguồn hoặc khi dịch chuyển khoảng cách giữa bóng đèn và cảm biến nhiệt điện.
3. Công suất bức xạ toàn phần được đo bằng dụng cụ nào?
Trong thí nghiệm này, ta sẽ tiến hành kiểm chứng định luật bằng cách lấy
một bóng đèn dây tóc làm vật phát xạ, đồng thời lấy một cảm biến nhiệt điện để đo
công suất phát xạAtoàn phần
4. Nêu phương pháp xác định nhiệt độ vật bị đốt sáng trong bài thí nghiệm
Năng suất phát xạ toàn phần R(T) có thể đo được bởi một cảm biến nhiệt điện bán dẫn. Đó là
một lá đồng mỏng được bôi đen để có thể hấp thụ gần như toàn bộ năng lượng của các bức
xạ gửi tới nó và chuyển thành nhiệt. Lá đồng này được hàn giữa hai thanh bán dẫn nhiệt điện,
nhờ đó tạo ra suất nhiệt điện động End tỷ lệ với thông lượng của bức xạ gửi tới 5. Điện trở R tại 00 0
C được xác định bằng cách nào?
Điện trở R0 điện trở của dây tóc đèn ở 0 độ c được xác định bằng cách đo điện trở pR của dây
tóc ở nhiệt độ phòng pt (với dòng điện đủ nhỏ, nhiệt độ dây tóc coi như bằng nhiệt độ phòng):
6. Nêu phương pháp kiểm chứng định luật Stefan- Boltzman từ dữ liệu trong bài thí nghiệm
Để nghiệm lại định luật Stefan - Boltzmann đối với dây tóc vonfram của bóng đèn, ta cần
đo các nhiệt độ T khác nhau của dây tóc và năng suất phát xạ toàn phần R(T) tương ứng, rồi xác
lập mối quan hệ giữa chúng.
7. Nêu khái niệm vật đen tuyệt đối. Những vật nào trên thực tế có tính chất gần với vật đen
tuyệt đối và tuân theo định luật Stefan- Boltzman
- Trong vật lý học, vật đen tuyệt đối, hay ngắn gọn là vật đen, là vật hấp thụ hoàn toàn tất cả các
bức xạ điện từ chiếu đến nó, bất kể bước sóng nào. Điều này có nghĩa là sẽ không có hiện tượng
phản xạ hay tán xạ trên vật đó, cũng như không có dòng bức xạ điện từ nào đi xuyên qua vật.
-Vật trên thực tế có tính chất gần với vật đen tuyệt đối và tuân theo định luật Stefan- Boltzman:
Mặt trời,hố đen,vật rỗng, vật liệu nano,…
8. Trình bày sơ lược các bước tiến hành thí nghiệm
- Bước 1: Bấm công tắc K trên mặt nguồn điện một chiều: đèn LED phát sáng, báo hiệu nguồn
điện đã sẵn sàng hoạt động. Bấm các núm ON-OFF trên mặt các đồng hồ đa năng hiện số để chúng hoạt động.
- Bước 2: Vặn từ từ núm điều chỉnh điện áp ra trên mặt nguồn điện sao cho cường độ dòng điện
chạy qua dây tóc đèn Đ đo bởi ampe kế A đạt giá trị lần lượt bằng I1 = 50 mA, I2 = 100 mA và
I3 = 150 mA (những dòng điện này đủ nhỏ để có thể bỏ qua hiệu ứng nhiệt ảnh hưởng đến điện
trở của dây tóc bóng đèn).
Đọc trên vôn kế V và ghi các giá trị tương ứng U1, U2 và U3 của hiệu điện thế giữa hai đầu dây
tóc đèn Đ vào Bảng 13.1.
- Bước 3: Kết thúc phép đo, giảm điện áp ra của nguồn điện về 0 và bấm khoá K để tắt điện của
nguồn điện. Đọc và ghi nhiệt phòng pt trên nhiệt kế (0 - 100) 0C vào Bảng
9. Trong bài thí nghiệm ta dựng các trục đồ thị theo thang loga: lgE = f(lgT). Giải thích lý do.
Ta cần chứng minh rằng suất điện động trong cảm biến nhiệt điện tỉ lệ với luỹ thừa bậc 4
của nhiệt độ tuyệt đối: E∼T4.
Để làm được điều đó, lấy loga hai vế: lgE=4lgT+const.(5)
Mối quan hệ tuyến tính này có thể dễ dàng kiểm tra bằng phương pháp đồ thị. Từ bảng số liệu
8.2, ta tính được chuỗi giá trị E và T theo thang loga. Từ những giá trị này dựng đồ thị với lgT
chiếu theo trục hoành, lgE chiếu theo trục tung. Các điểm thu được có xu hướng phân bố theo một đường thẳng
Đường thẳng này có phương trình: lgE=klgT+const,
với k là hệ số góc có thể tính được từ đồ thị. Nếu k=4, có thể xác nhận tính đúng đắn của phương
trình (5) cũng như định luật Stephan-Boltzmann. 10. Điền vào ô trống Ampe hiệu điện thế
Lỗ A Lỗ COM Lỗ COM Lỗ Vs
11. Vẽ sơ lược đồ thị lgE = nlgT + const. Dự đoán giá trị n