Методическое пособие для подготовки к лабораторным работам по темам: Волновая оптика. Квантовая оптика. Квантовая механика и ядерная физика, страница 19

8. Вращая рифленые кольца 4, 2, выбрать желаемый поглотитель и фильтр. В данной работе рифленые кольца установить так, чтобы была видна одна точка, т.е. без поглотителя, и был установлен красный светофильтр.

9. Увеличивая с помощью реостата пирометрической лампы ток через нить, добиться ее исчезновения в пределах диафрагмы.

10. Проделать это 5 раз при различных подходах к равенству яркостей нити и излучающего объекта со стороны меньшей и большей яркости нити. Измерить каждый раз ток пирометрической лампы амперметром. Данные занести в таблицу.

11. Повторить измерения при токе через исследуемую лампу 3,6 А и 3,8 А и результаты измерений занести в таблицу.

12. Закончив работу, установить реостат в положение "откл" и выключить приборы из электрической сети.

13. По средним значениям тока пирометрической лампы определить яркостные температуры вольфрамовой спирали Т_я (К), используя аппроксимационный полином

Т_я = –1688.9 + 17407 ´ I_пир – 32192 ´ I_пир²  + 22147 ´ I_пир³              (9)

14. По формуле (8) вычислить истинную температуру Т_и спирали., используя данные: A = 1,433 ´10^–2 м K; l = 0,66 ´ 10^–6 м, a = 0,4.

Таблица.

 Результаты пирометрических измерений и расчетов.

измерение №	I (A)	U (В)	Iпир (A)	<Iпир> (A)	Tя (K) расчет по формуле (9)	Tи (K) расчет по формуле (8)	s ( расчет по формуле (7)
1
2
3
						Среднее sприбл
						Погрешность Ds

15. Вычислить приближенное (среднее) значение s_прибл, абсолютную погрешность Ds и относительную погрешность e = .

Окончательный результат записать в виде: s = s_прибл ± Ds;     e =

16. Сравнить полученное значение s_прибл с табличным.

Контрольные вопросы

1. Какое излучение называется тепловым?

2. Дать определение основным характеристикам теплового излучения.

3. Что называется абсолютно черным телом?

4. Закон Кирхгофа для теплового излучения.

5. Закон Стефана Больцмана, закон смещения Вина.

6. Начертить и проанализировать кривые, выражающие распределение энергии в спектре абсолютно черного тела по длинам волн для различных температур.

7. Вывести расчетную формулу для определения s.

8. Описать принципиальное устройство оптического пирометра с исчезающей нитью.

9. Дать определение яркостной температуры. Объяснить, почему она ниже истинной температуры нечерного тела?

Литература:

1. Ландсберг Г.С. Оптика.- М: Наука, 1976.

2. Кортнев А.В., Рублев Ю.В., Куценко А.Н. Практикум по физике.- М: Высшая школа, 1965.

3. Фриш С.Э. и Тиморева А.В. Курс общей физики, т.III. – М.: Физматгиз, 1962.

4. Корсунский М.И. Оптика. строение атома, атомное ядро. – М.; Наука, 1967.

ИЗУЧЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ФОТОЭЛЕМЕНТА

Цель работы:  по экспериментальным данным построить графики вольтамперной и спектральной характеристик фотоэлемента ЦГ-4 (цезиевого газонаполненного).

Приборы и принадлежности: выпрямитель, вольтметр постоянного тока, микроамперметр, монохроматор УМ-2, источник света, селеновый и цезиевый (ЦГ-4) фотоэлементы.

Теоретическое введение

Фотоэффект

          Различают три вида фотоэффекта:

·  Внешний фотоэффект – выход электронов под действием электромагнитного излучения. Внешний фотоэффект наблюдается для твердых тел (металлов, полупроводников, диэлектриков).

·   Внутренний фотоэффект – это изменение проводимости веществ, вызванное электромагнитным излучением. Под действием электромагнитного излучения электроны внутри полупроводника или диэлектрика переходят из связанных состояний в свободные. В результате концентрация носителей тока внутри тела увеличивается, что приводит к возникновению фотопроводимости (повышению электропроводности полупроводника или диэлектрика при его освещении) или к возникновению э.д.с.

·  Вентильный фотоэффект (является разновидностью внутреннего фотоэффекта) – возникновение дополнительной э.д.с. (фото-э.д.с.) при освещении контакта двух разных полупроводников или полупроводника и металла (при отсутствии внешнего электрического поля). Вентильный фотоэффект, таким образом открывает пути для прямого преобразования солнечной энергии в электрическую.

Внешний фотоэффект обнаружен в 1887 г. Г.Герцем, наблюдавшим инициирование процесса разряда при облучении искрового промежутка ультрафиолетовым излучением. Первые фундаментальные исследования фотоэффекта были выполнены русским ученым А.Г.Столетовым.

Законы внешнего фотоэффекта

1.. При фиксированной частоте падающего света число фотоэлектронов, вырываемых из катода в единицу времени, пропорционально интенсивности света (сила фототока насыщения пропорциональна энергетической освещенности катода (закон Столетова).

2. Максимальная скорость (максимальная кинетическая энергия) фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а определяется только его частотой.

3. Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта т.е. минимальная частота (максимальная длина волны) света, зависящая от химической природы вещества и состояния его поверхности, ниже которой фотоэффект невозможен.

          В 1905 г. А.Эйнштейн показал, что явление фотоэффекта и его закономерности могут быть объяснены на основе предложенной им квантовой теории фотоэффекта. Согласно Эйнштейну, свет частотой n не только испускается (как это предполагал М.Планк), но и распространяется в веществе и поглощается веществом определенными порциями (квантами), энергия которых E₀=hn. Кванты электромагнитного излучения (фотоны) движутся со скоростью распространения света.