Ćwiczenie nr 32.
WYZNACZANIE STAŁEJ W PRAWIE STEFANA - BOLTZMANA.
Celem ćwiczenia jest zapoznanie z teorią promieniowania ciała doskonale czarnego oraz metodami doświadczalnego wyznaczania stałej Stefana - Boltzmanna .
Każda substancja może istnieć w trzech różniących się strukturą fizyczną fazach :
stałej , ciekłej i gazowej oraz ich kombinacjach , w których stan stabilny substancji zależy zarówno od ciśnienia , jak i od temperatury . Ponadto substancje w stanie stałym mogą istnieć w większej liczbie faz ,odpowiadającym różnym strukturom krystalicznym , czy też stanowi amorficznemu . Istnieją też inne fazy , takie jak faza ferromagnetyczna żelaza lub faza nadprzewodnictwa ołowiu , które w większym stopniu zależą od zmian stanów elektronowych
niż od zmian sieci krystalicznej .Przemianom fazowym takim , jak przejście ciała stałego w ciecz lub cieczy w parę , podczas których zachodzą istotne dostrzegalne zmiany struktury , towarzyszą pochłanianie lub wydzielanie ciepła utajonego i zmiana objętości , a ponadto zmiany ciepła właściwego , współczynnika rozszerzalności . Taką przemianę fazową nazywamy przemianą pierwszego rodzaju .
Do najbardziej znanych przemian fazowych pierwszego rodzaju należą :
1. przemiana ciała stałego w ciecz ; proces ten nazywa się topnieniem , a proces odwrotny
krzepnięciem ;
2. przemiana cieczy w parę ; jest ona zwykle nazywana parowaniem lub wrzeniem , a proces odwrotny skraplaniem lub kondensacją ;
3. przemiana ciała stałego w parę ; to bezpośrednie przejście z fazy stałej w parę nazywamy
sublimacją , a proces odwrotny resublimacją .
Istnieje drugi rodzaj rzemian fazowych , podczas których nie zachodzą ani zmiany objętości ,ani nie wydziela się ciepło utajone , występuje zaś nieciągłość ciepła właściwego lub podatności magnetycznej , przy określonych wartościach ciśnienia i temperatury .
Przykładami przemian fazowych drugiego rodzaju są :
1. przemiana ferromagnetyka w paramagnetyk w temperaturze Curie , w której istniejące uporządkowanie spinowych momentów magnetycznych ulega zniszczeniu podczas podwyższania temperatury ,
2. przemiana "porządek - nieporządek"w stopach , gdzie uporządkowanie różnych atomów w sieci zostaje zniszczone , a powstaje zmienne w czasie rozmieszczenie przypadkowe ,
3. przejście od stanu nadprzewodnictwa do stanu zwykłego przewodnictwa w niektórych metalach 4. przejście od stanu nadciekłego helu do zwykłego helu .
Zgodnie z prawem Stefana - Boltzmanna calkowita zdolność emisyjna ciała doskonale czarnego jest wprost proporcjonalna do czwartej potęgi jego temperatury bezwzględnej .Wobec tego moc promieniowania Mr (T) ciała doskonale czarnego o powierzchni S i temperaturze bezwzględnej T , znajdującego się w ośrodku o temperaturze T0 , można wyrazić wzorem :
(…)
… Tncz / Tncz = 0,1 /443,2 = 0,02 %
To = 0,1 To / To = 0,1 / 295,7 = 0,03 %
M = (U + U)(I + I) - UI = ( 15 + 0,25 )( 0,73 + 0,0375 ) - 15 * 0,73 = 0,75
M/M = 0,75 / 11,7 = 6,4 %
Bezwzględny błąd powierzchni został podany w treści ćwiczenia i wynosi 2 % .Podczas dokonywania jednorazowego pomiaru błąd bezwzględny mierzonej wielkości obliczamy na podstawie klasy przyrządu pomiarowego wg. następującego wzoru : klasa * zakres / 100 ,
albo przyjmujemy go jako równy wartości elementarnej działki ( lub połowy elementarnej działki ) skali pomiarowej przyrządu .Błąd pomiaru amperomierzem wyznaczaliśmy na podstawie tegoż wzoru , a błąd pomiaru woltomierzem na odstawie wartości elementarnej działki . Błąd pomiaru temperatur zarówno otoczenia , ciała poczernionego i niepoczernionego obliczyliśmy na podstawie wartości elementarnej działki . Błąd pomiaru
mocy obliczyliśmy z różniczki zupełnej : z = f ( x + dx ,y + dy ) - f (x,y) .
δ / δ M /M + To/To + Tcz / Tcz + Tncz / Tncz + S /S = = 6,4 % + 0,03 % + 0,03 % + 0,02 % + 2 % = 8,48 %
Błąd z jakim wykonaliśmy powyższe ćwiczenie wynosi 8,48 %.
Błąd z jakim wykonaliśmy ćwiczenie / bezwzględny / wynosi 0,74*10^-8 .
Wynik doświadczenia wynosi 8,7…
… walców umieszczone są grzałki elektryczne , które są zasilane prądem z zasilacza stabilizowanego .Wyboru ciala ogrzewanego dokonuje się za pomocą przełącznika . Temperatura wybranego walca jest mierzona pośrednio za pomocą woltomierza cyfrowego , włączonego w obwód termopary .Temperaturą odniesienia dla termopary jest temperatura mieszaniny wody z lodem . Rys . Schemat układu do pomiaru stałej Stefana…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)