Файл: optics_quant_phys_chpi_mgou.docx

V₂V₁ TX₁X₂ TX₁X₂

^Г V-W* ¹

1 — Td ln - ^{2 1}

Отсюда следует формула для определения температуры T' T ' = T

V2V

где

^Х1^Х 2

c₂ АХ

Из формулы (10.8) следует еще одна формула для определения темпера­

туры

T ' = T

1

(10.21)

Со

ХТ, У' —ln —

л^-1

У

3. Измерение световой характеристики светодиодов

В данной работе в качестве приемников-измерителей интенсивности теп­лового излучения используются красный и инфракрасный светодиоды с длина­ми волн селективного поглощения 655±10 нм и 880±40 нм, (см. рис. 10.2). Блок со светодиодами и лампы накаливания в корпусах устанавливаются на рейтерах на оптической скамье. Измерения необходимо проводить в таких условиях, ко­гда посторонний свет не падает на светодиоды. Светодиоды освещаются 12-ти вольтовой лампой накаливания, установленной вертикально в корпусе с не­большим отверстием в стенке на одном уровне с нитью накала. Нить накала лампы имеет малые размеры и может рассматриваться как точечный источник света. На светодиод с площадью светочувствительного слоя S от лампы падает световой поток

Ф=М . (10.22)

где J - сила света лампы, w=S/l - телесный угол, l - расстояние до точечного источника света. Поскольку световой поток обратно пропорционален квадрату

расстояния Ф ~ 1/l², для проверки выполнения соотношений (10.12), (10.13) достаточно построить графики У₁₂ = F (х), где х = l^_2.

Выполните из мерения в следующем порядке:

1. Добейтесь, чтобы посторонний свет не попадал на блок светодиодов. Установите лампу накаливания на расстоянии l=15 см от светодиодов и вклю­чите ее тумблером на блоке питания. Поворотом регулировочной ручки на блоке питания установите максимальную (или промежуточную, по ука анию преподавателя) яркость лампы, апишите по три пока ания мультиметра (фото- э.д.с. У) для красного и инфракрасного светодиодов в табл. 10.2.

---

Таблица 10.2

№	l, м	X = l “2, м-2	Фото-э.д.с. светодиодов, мВ
			красного					инфракрасного
			1	2	3		1		2	3	<У2 >
1	0,15
2	0,20
3	0,25
4	0,30
5	0,40

---

Перемещайте лампу дальше от светодиодов вплоть до 40 см, устанавли­вая расстояния из колонки l табл. 10.2, измерьте по три значения фото-э.д.с. светодиодов V и найдите средние з начения <V₁>, <V₂ >.

2. Для каждой длины волны излучения постройте (точками) световые ха­рактеристики - графики <V> = F(x), добавив к ним точку с координатами (0,0).

При построении обоих графиков на одном листе значения фото-э.д.с. V для инфракрасного светодиода следует уменьшить в 10 ра . Для построения графи­ков удобно использовать программы Advanced Grapher (см. Прил. 2), Microsoft Excel или Open Office.org Calc. Проведите через точки (з а возможным исклю­чением точек, наиболее удаленных от начала координат) сглаживающие пря­мые. На двух графиках найдите максимальные значения V_{1 max}, V_{2 max} ниже ко­торых графики <V > = F (x) для светодиодов являются почти линейными.

3. Определение температуры1нити накала лампы1

Для определения температуры нити накала исполь уется еркальная лам­па R39 мощностью 30 Вт с нитью накала большого размера и регулятором си­лы свечения. Угол поворота ручки регулятора может измеряться по шкале (в градусах). Лампа установлена гориз онтально в цилиндрическом корпусе. Бла­годаря еркальному отражателю она со дает достаточно однородный световой поток, выходящий и отверстия в основании цилиндрического корпуса. Вы­полните и мерения в следующем порядке.

1. Включите лампу и поверните ручку регулятора на угол 30°. Разверните корпус лампы, так чтобы ее нить была видна через окуляр оптического пиро­метра (см. работу 3.9). П-образ ная форма нити накала облегчает сравнение ее яркости с яркостью нити лампы пирометра. Измерьте температуру t нити на­кала (в °С), определите ее абсолютную температуру T (в К), внесите эти з на­чения в табл. 10.3. По указ анию преподавателя можно использ овать из вестное з начение T=1350°С.

2. Установите корпус лампы на таком расстоянии от светодиодов, что бы при максимальном накале лампы фото-э.д.с. обоих светодиодов не превышали предельных значений V_{1 max}, V_{2 max}, внесите в отчет расстояние между

---

рейтерами лампы и светодиодов. Поверните ручку регулятора на угол 30°. И - мерьте два значения фото-э.д.с. светодиодов V, найдите средние значения <V₁ >, <V₂ >, внесите их в табл. 10.3.

3. Повторите такие же и мерения, увеличивая угол поворота регулятора на 30° (по указ анию преподавателя) до 150°, найдите средние з начения <V₁">, <V₂>, внесите в табл. 10.3. После з авершения измерений выключите лампу.

Угол по­ворота регулято­ра накала

Фото-э.д.с. светодиодов, мВ

Температура по показ аниям пирометра

красного

инфракрасного

1

2

У1>

1

2

(У2 >

Уг > Ух)

t

T

3 о о

Температура T'

Ж)

V >

(V ) (У)

по формулам:

1

2

1

2

(10.19)

(10.21) для красн.

(10.21) для ИК

(T')

AT'

6 О о

9 О о

120°

150°

---

3. Подсчитайте з начение параметра d по формуле (10.20) с использ ова- нием табличного значения второй радиационной постоянной (или второй кон­станты излучения) с₂=0,01488 м-К. Для облегчения расчетов рекомендуется ис­пользовать программу SMath Studio (см. Прил. 1).

4. По данным табл. 10.3 найдите три значения температуры T' - по формуле (10.19) и формуле (10.21) для красного и инфракрасного светодиодов. Считая полученные значения членами одной выборки, найдите средние значе­ния (T') и погрешности AT'. Рез ультаты представьте в форме T' = (T') ± AT'. Переведите значения температуры из шкалы Кельвина в шкалу Цельсия. Для облегчения расчетов рекомендуется использ овать программы OpenOffice.org и Calc Microsoft Excel.

5. Постройте графики з ависимости температуры (T ) от угла поворота

регулятора и от отношения <У2)/(У₁'). Последний график может использ оваться для дистанционнго и мерения температуры в пирометрии.

6. Для максимальной и минимальной из измеренных температур построй­те графики приближенной (10.7) и точной (10.6) спектральных плотностей f (X, T) в диапаз оне длин волн от 0,5 мкм до 1,5 мкм.

3. Работа с компьютерной моделью излучения абсолютно черного тела

Запустите компьютерную программу Открытая физика (версия 2.6) часть

2. и откройте в Содержании раз дел “ Квантовая физ ика. 5.1. Тепловое излучение тел”. Ознакомьтесь с теоретическим материалом, в его конце щелкните по изо­бражению модели излучения абсолютно черного тела (рис.10.5). Установите температуру черного тела 3000 К, сравните участок спектра с длинами волн от 400 до 900 нм с результатами проведенных опытов. Увеличьте температуру до 4000 К, выполните другие з адачи, указ анные преподавателем.

Рис. 10.5. Компьютерная модель излучения абсолютно черного тела

Контрольные вопросы

Модель 5.5. Излучение абсолютно черного тела

1. Расскажите о вентильном фотоэффекте

2. Расскажите о свойствах и применении светодиодов

3. Расскажите о свойствах инфракрасного излучения

4. Дайте определение теплового излучения.

5. Дайте определение основным характеристикам теплового излучения.

6. Перечислите з аконы теплового излучения.

7. Расскажите о формуле Планка для спектральной плотности теплового из - лучения, ее предельных выражениях при длинных и коротких волнах (ма­лых и больших частотах).

8. Расскажите о тепловом излучении металлов и свойствах ламп накаливания.

---