A hőmérsékleti sugárzás vizsgálata

Hasonló dokumentumok
A gravitáció hatása a hőmérsékleti sugárzásra

Sugárzásos hőtranszport

Hőmérsékleti sugárzás

A sugárzás kvantumos természete. A hőmérsékleti sugárzás

A hőmérsékleti sugárzás

A légköri sugárzás. Sugárzási törvények, légköri veszteségek, energiaháztartás

Sugárzáson, és infravörös sugárzáson alapuló hőmérséklet mérés.

Név... intenzitás abszorbancia moláris extinkciós. A Wien-féle eltolódási törvény szerint az abszolút fekete test maximális emisszióképességéhez

HŐSUGÁRZÁS. A hősugárzás két test között úgy valósul meg, hogy a testek között elhelyezkedő teret kitöltő anyag nem vesz részt a hőátvitelben.

A fény keletkezése. Hőmérsékleti sugárzás. Hőmérsékleti sugárzás. Lumineszcencia. Lézer. Tapasztalat: a forró testek Hőmérsékleti sugárzás

A kvantummechanika kísérleti előzményei A részecske hullám kettősségről

Alkalmazás a makrókanónikus sokaságra: A fotongáz

1. Az üregsugárzás törvényei

1.1 Emisszió, reflexió, transzmisszió

A NAPSUGÁRZÁS MÉRÉSE

A kísérlet, mérés megnevezése célkitűzései: Váltakozó áramú körök vizsgálata, induktív ellenállás mérése, induktivitás értelmezése.

2.3 Mérési hibaforrások

Q 1 D Q 2 (D x) 2 (1.1)

OPTIKA. Fénykibocsátás mechanizmusa fényforrás típusok. Dr. Seres István

Konvexitás, elaszticitás

(Visontai Dávid, szeptember)

Orvosi Biofizika I. 12. vizsgatétel. IsmétlésI. -Fény

Az Ampère-Maxwell-féle gerjesztési törvény

A fény tulajdonságai

Szilárd testek sugárzása

Sugárzásos hőátadás. Teljes hősugárzás = elnyelt hő + visszavert hő + a testen áthaladó hő Q Q Q Q A + R + D = 1

A diplomaterv keretében megvalósítandó feladatok összefoglalása

Zener dióda karakterisztikáinak hőmérsékletfüggése

Abszorpciós spektroszkópia

ATOMMODELLEK, SZÍNKÉP, KVANTUMSZÁMOK. Kalocsai Angéla, Kozma Enikő

A mérési feladat (1) A fotoellenállás R ellenállása függ a megvilágítás erősségétől (E), amely viszont arányos az izzószál teljesítmény-sűrűségével:

Digitális tananyag a fizika tanításához

Műszeres analitika II. (TKBE0532)

A hőmérsékleti sugárzás

ÖSSZEFOGLALÁS HŐTANI FOLYAMATOK

Ellenállásmérés Ohm törvénye alapján

Tartalomjegyzék. Emlékeztetõ. Emlékeztetõ. Spektroszkópia. Fényelnyelés híg oldatokban A fény; Abszorpciós spektroszkópia

Passzív és aktív aluláteresztő szűrők

2. A hőátadás formái és törvényei 2. A hőátadás formái Tapasztalat: tűz, füst, meleg edény füle, napozás Hőáramlás (konvekció) olyan folyamat,

Logaritmikus erősítő tanulmányozása

INFRA HŐMÉRŐ (PIROMÉTER) AX Használati útmutató

Termoelektromos hűtőelemek vizsgálata

OPTIKA. Fotometria. Dr. Seres István

Tartalomjegyzék. Emlékeztetõ. Emlékeztetõ. Spektroszkópia. Fényelnyelés híg oldatokban 4/11/2016. A fény; Abszorpciós spektroszkópia

Alapfogalmak folytatás

Dr. Nagy Balázs Vince D428

azonos sikban fekszik. A vezetőhurok ellenállása 2 Ω. Számítsuk ki a hurok teljes 4.1. ábra ábra

A +Q töltés egy L hosszúságú egyenes szakasz mentén oszlik el egyenletesen (ld ábra ábra

DT9205A Digital Multiméter

Modern Fizika Labor. 2. Elemi töltés meghatározása

Milyen színűek a csillagok?

Ohm törvénye. A mérés célkitűzései: Ohm törvényének igazolása mérésekkel.

4. Laboratóriumi gyakorlat A HŐELEM

Elektrotechnika. Ballagi Áron

2. Laboratóriumi gyakorlat A TERMISZTOR. 1. A gyakorlat célja. 2. Elméleti bevezető

Hőmérséklet mérése. Sarkadi Tamás

A 31. Nemzetközi Fizikai Diákolimpia feladatai 1

Modern Fizika Laboratórium Fizika BSc 1. Hőmérsékleti sugárzás

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

BAGME11NNF Munkavédelmi mérnökasszisztens Galla Jánosné, 2011.

Napelem E Bevezetés. Ebben a mérésben használt eszközök a 2.1 ábrán láthatóak.

VEMIVIB544V A fény és tulajdonságai, fotometriai alapfogalmak és színmérés

Peltier-elemek vizsgálata

3. Laboratóriumi gyakorlat A HŐELLENÁLLÁS

u,v chromaticity diagram

1. ábra. 24B-19 feladat

Termográfiai vizsgálatok

Bevezetés a modern fizika fejezeteibe. 4. (a) Kvantummechanika. Utolsó módosítás: november 15. Dr. Márkus Ferenc BME Fizika Tanszék

3.1. ábra ábra

5. Laboratóriumi gyakorlat. A p-n ÁTMENET HŐMÉRSÉKLETFÜGGÉSE

1. fejezet. Gyakorlat C-41

3 Melléklet. 3.1 Termográfia szójegyzék

Compton-effektus. Zsigmond Anna. jegyzıkönyv. Fizika BSc III.

1. Feladatok a termodinamika tárgyköréből

Elektromos egyenáramú alapmérések

A mérés célkitűzései: A matematikai inga lengésidejének kísérleti vizsgálata, a nehézségi gyorsulás meghatározása.

Atomfizika. Fizika kurzus Dr. Seres István

Hőelem kalibrátor. Model AX-C830. Használati útmutató

Orvosi biofizika. 1 Az orvostudomány és a biofizika kapcsolata. Sugárzások a medicinában. gyakorlatok. 1. félév előadásai

Ellenáramú hőcserélő

8. Mérések napelemmel

A Planck-eloszlásokról és a fényforrások ekvivalens színhőmérséklet -eiről Erbeszkorn Lajos

Termodinamika. Belső energia

Hősugárzás Hővédő fóliák

A SUGÁRZÁS ÉS MÉRÉSE

Optika gyakorlat 6. Interferencia. I = u 2 = u 1 + u I 2 cos( Φ)

ELLENÁLLÁSOK HŐMÉRSÉKLETFÜGGÉSE. Az ellenállások, de általában minden villamos vezetőanyag fajlagos ellenállása 20 o

-2σ. 1. A végtelen kiterjedésű +σ és 2σ felületi töltéssűrűségű síklapok terében az ábrának megfelelően egy dipól helyezkedik el.

Fizika A2E, 8. feladatsor

= Φ B(t = t) Φ B (t = 0) t

5. Az adszorpciós folyamat mennyiségi leírása a Langmuir-izoterma segítségével

Használati útmutató AX-5002

Sugárzáson, alapuló hőmérséklet mérés.

Fázisátalakulások vizsgálata

Műszeres analitika. Abrankó László. Molekulaspektroszkópia. Kémiai élelmiszervizsgálati módszerek csoportosítása

Modern Fizika Labor. 12. Infravörös spektroszkópia. Fizika BSc. A mérés dátuma: okt. 04. A mérés száma és címe: Értékelés:

A biztonsággal kapcsolatos információk. Model AX-C850. Használati útmutató

I. DOZIMETRIAI MENNYISÉGEK ÉS MÉRTÉKEGYSÉGEK

MÉRÉSTECHNIKA. BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék Fazekas Miklós (1) márc. 1

2013. április (Javítva: március) Tartalomjegyzék. 1. Bevezetés Az ideális fekete test sugárzási törvénye Mérési feladatok 8

Átírás:

A hőmérsékleti sugárzás vizsgálata A mérés célja: - a hőmérsékleti sugárzás legontosabb tulajdonságainak és törvényeinek megismerése. Ennek érdekében: - összeoglaljuk a hőmérsékleti sugárzásra vonatkozó ismereteket, - kimérjük egy pontszerű orrás sugárzási intenzitásának távolságüggését, - meghatározzuk a ekete test sugárzási intenzitásának hőmérsékletüggését (Stean-Boltzmann törvény), - megvizsgáljuk különböző anyagok abszorpció- és emisszióképességét. 1. Elméleti összeoglaló A tapasztalat szerint két különböző hőmérsékletű test között akkor is végbemegy energiaátadás, ha a hővezetés és a konvektív hőcsere gyakorlatilag elhanyagolható. Az energia ilyenkor elektromágneses sugárzás révén jut át az egyik testről a másikra. Ezt az anyagoknak két alapvető tulajdonsága teszi lehetővé: egyrészt az anyagok külső behatás nélkül - a bennük atomi, molekuláris szinten lezajló mozgások következtében - szünet nélkül, és minden hőmérsékleten elektromágneses sugárzást bocsátanak ki, másrészt az anyagok a rájuk eső elektromágneses sugárzást - ugyancsak atomi, molekuláris mechanizmusok révén - képesek elnyelni. Így egy A test által kibocsátott sugárzásnak egy részét (és az általa szállított energiát) a sugárzás útjába eső B test elnyeli, de ugyanígy, a B test által kibocsátott sugárzás (energia) egy részét az A test nyeli el: szakkiejezéssel élve, az A és B test sugárzási kölcsönhatásban áll egymással. A tapasztalat azt mutatja, hogy az energiacsere eredményeképpen végül is a melegebb testről a hidegebbre megy át energia, tehát a melegebb test hűlni og, a hidegebb pedig melegedni. Azt azonban, hogy ez a olyamat részleteiben hogyan zajlik le, tehát például adott idő alatt mennyi az átadott energia, csak a sugárzás kibocsátásának illetve elnyelésének részletes tanulmányozásával tudhatjuk meg. 1.1 A hőmérsékleti sugárzás és a jellemzésére szolgáló mennyiségek A testek által külső behatás nélkül kibocsátott elektromágneses sugárzás intenzitását a tapasztalat szerint alapvetően a test hőmérséklete határozza meg, és az intenzitás a test hőmérsékletétől igen erősen ügg. A hőmérsékleti sugárzás során létrejött elektromágneses hullámban különböző hullámhosszú összetevők terjednek. A kibocsátott energiának a különböző hullámhosszú összetevők közötti eloszlása - a sugárzás spektrális eloszlása - szintén ügg a test hőmérsékletétől. Ezek a tények indokolják azt, hogy az ilyen sugárzást hőmérsékleti sugárzásnak nevezik. A sugárzás kibocsátásának és elnyelésének vizsgálatánál ontos szerepet játszik néhány alapvető ogalom és mennyiség, ezért először ezekkel oglalkozunk. Egy test által sugárzás útján kibocsátott energiát az emisszió képességgel jellemezzük. Ha a T hőmérsékletű test egy A nagyságú elületéről t idő alatt egy λ és λ + λ közé eső hullámhossztartományban E energiát sugároz ki, akkor az adott hullámhosszra és hőmérsékletre vonatkozó emisszió képessége: E A t λ. (1) Ha a kibocsátott energia hullámhossz szerinti (spektrális) eloszlása nem ontos számunkra, akkor a teljes spektrumban kibocsátott, ún. integrált emisszió képességet használhatjuk, amely E ( T ) ε ( λ, T ). (2) Megjegyezzük, hogy az integrált emisszió képesség értelmezhető a spektrum egyes részeire (pl. inravörös, látható, stb.) is, ilyenkor az integrálás a megelelő hullámhossztartományra terjed ki. A már kibocsátott, térben terjedő sugárzás energetikai jellemzésére az energia-áramsűrűséget használjuk. Ez természetesen szintén hullámhosszüggő mennyiség. Ha a sugárzásban egy λ és λ + λ közé eső hullámhossztartományban a sugárzás haladási irányára merőleges A nagyságú elületen t idő alatt egy E(λ) energia halad át, akkor az adott hullámhosszra vonatkozó energiaáramsűrűség E( λ) A t λ. (3) Ezt a mennyiséget a λ hullámhosszú sugárzás intenzitásának nevezzük. Ha a sugárzásban terjedő összes energiát akarjuk jellemezni, akkor a különböző hullámhoszszakra vonatkozó intenzitások összegzésével kapható teljes intenzitást kell megadnunk: ö ( λ). (4) Az integrált emisszió képességhez hasonlóan, a sugárzási intenzitás is deiniálható meghatározott hullámhossztartományra. Ha egy testet sugárzás ér, akkor a testtel való kölcsönhatás következtében a sugárzás (és a szállított energia) több részre bomlik (1. ábra). A sugárzás egy része abszorbeálódik (elnyelődik) a testben. Az intenzitás abszorbeált részének jelölésére az A (λ,t) szimbólumot használjuk. A sugárzás másik része a test elületéről relektálódik (visszaverődik): R (λ,t), a sugárzás ennmaradó részét pedig a test átereszti: D (λ,t). A enti szimbólumokban λ a testet érő sugárzás hullámhossza, T pedig a sugárzásnak kitett test hőmérséklete, a tapasztalat szerint ugyanis egy test elnyelési-, visszaverési- és áteresztési tulajdonságai általában üggnek ezektől a mennyiségektől. A sugárzásnak a test által elnyelt hányadát, vagyis az

A a (5) hányadost a T hőmérsékletű test λ hullámhosszú sugárzásra vonatkozó abszorpció képességének nevezik. Hasonló módon deiniálható a T hőmérsékletű test λ hullámhosszú sugárzásra vonatkozó relexió képessége R r, (6) és áteresztő képessége D d. (7) Ha a testnek csak az összes beérkező sugárzással kapcsolatos viselkedése érdekel bennünket, akkor a enti hullámhossztól üggő (spektrális) jellemzők helyett integrált jellemzőket használunk. A test integrált abszorpció képessége ennek megelelően A a( T) A ( T). Hasonlóan kapható az integrált relexió képesség r( T) R R ( T) és az integrált áteresztő képesség D d( T) ( T). D (8) (9) (1) A enti jellemzőket - az integrált emisszió képességhez és a sugárzás intenzitásához hasonlóan - szintén lehet deiniálni egy véges hullámhossztartományra is. Az energiamegmaradás tételéből következik, hogy a enti jellemzőkre ennállnak az alábbi összeüggések: a + r + d 1, a( T) + r( T) + d( T) 1. ill. (11) A testek sugárzási tulajdonságainak vizsgálatánál igen ontos szerepet játszik az a speciális test, amely a hőmérsékletétől- és a ráeső sugárzás spektrális eloszlásától üggetlenül az összes ráeső sugárzást elnyeli. Az ilyen testet abszolút ekete testnek, vagy rövidebben ekete testnek nevezzük, és deiníciójának megelelően, abszorpció képességére (a ) ennáll, hogy a ( λ, T) a ( T) a 1. (12) (A ekete testre vonatkozó mennyiségeket indexszel jelöljük.) Jó közelítéssel ekete testnek tekinthető egy üreges test alán lévő kis nyílás (2. ábra), mivel a nyíláson bejutó sugárzásnak az üregből való kijövetele igen kis valószínűségű a nyílás kis mérete miatt. A ekete test jelentős szerepet 2 játszik a sugárzások tanulmányozásánál, mivel a rá vonatkozó törvények elméletileg levezethetőek, és a nem ekete testek esetén is hasznosíthatók. 1.2 A ekete test sugárzása A ekete test által kisugárzott energia elméleti úton meghatározható. Az emisszióképesség hullámhossztól és a test hőmérsékletétől való üggésére a kísérleti eredményekkel egyező összeüggést Max Planck vezette le itt nem részletezett meggondolások alapján (ekkor vezette be a oton ogalmát). Az összeüggés egyik gyakran használt alakja a következő: 5 c1λ ε. (13) c2 exp( ) 1 λt Ez a Planck-éle sugárzási törvény (c 1 és c 2 állandók). Az emisszióképesség hullámhossz-ügge néhány hőmérsékleten a 3. ábrán látható. Adott hőmérsékleten a ekete test emisszióképessége maximumot mutat. A maximumnak megelelő hullámhossz növekvő hőmérséklettel csökken. Az ábrán eltüntetett ε (λ,t) mennyiség a ekete test által az egységnyi hullámhossz intervallumban (egységnyi elületről) kisugárzott teljesítményt adja meg. Ennek megelelően a intervallumhoz tartozó teljesítmény c1λ de ε. (14) c2 exp( ) 1 λt Könnyen belátható, hogy ennek számértékét az ábrán a bevonalkázott terület adja meg. A T hőmérsékletű ekete test egységnyi elületéről a teljes spektrumban kisugárzott teljesítmény (14) integrálásával kapható meg: 5 c E ( T ) 1λ. (15) c 2 exp( ) 1 λt 5 V21127

Az integrálás eredménye a következő: E (T) σt 4. (16) Ez a Stean-Boltzmann törvény, mely szerint a T hőmérsékletű ekete test egységnyi elülete által egységnyi idő alatt kisugárzott teljes energia arányos a test hőmérsékletének negyedik hatványával. A törvényben szereplő σ állandó értéke 5.67 1-8 W/(m 2 K 4 ). A Stean-Boltzmann törvény a ekete test által minden irányban kisugárzott összteljesítményt adja meg. A tapasztalat szerint azonban egy elületről ugyanolyan térszögbe kisugárzott energia ügg a elülethez viszonyított iránytól. A sugárzás intenzitásának irányüggését ekete test esetén a Lambert-törvény adja meg, amely szerint egységnyi elület által a elület n normálisával ϕ szöget bezáró irányban a dω térszögben egységnyi idő alatt kisugárzott energia (4. ábra): σ deϕ ( T) T 4 dω cosϕ. (17) π 1.3 A nem ekete testek sugárzása A ekete test sugárzására érvényes törvényszerűségeknek a valódi (nem ekete) testekre való alkalmazásánál igen ontos szerepet játszik az emisszió- és abszorpció képességek között ennálló alábbi tapasztalati törvény. Különböző testek ε 1 (λ,t), ε 2 (λ,t), emisszióképességét és a 1 (λ,t), a 2 (λ,t),... abszorpcióképességét megmérve, azt találjuk, hogy ε1 ε 2 ( λ, )... a T a const. (18) 1 2 Ez a hőmérsékleti sugárzásra vonatkozó Kirchhotörvény. Mivel ez a törvény a ekete testre is érvényes, melyre a 1, bármely test emisszió- és abszorpció képességére teljesül, hogy ε. (19) a Vagyis a ekete test emisszió képességének ismeretében bármely test emisszió képessége kiszámítható, ha ismerjük annak abszorpció képességét is: a. (2) Egy test hőmérsékleti sugárzásának jellemzésére gyakran használják a test ún. relatív emissziós tényezőjét (dimenzió nélküli, egynél nem nagyobb szám), vagy más néven eketeségi okát, ami azt adja meg, hogy adott hőmérsékleten és hullámhosszon hogyan aránylik a test által kibocsátott teljesítmény a ekete test teljesítményéhez: e. (21) A (19) és (21) egyenletek összevetéséből kiderül, hogy a test a(λ,t) abszorpció képessége megegyezik az e(λ,t) relatív emissziós tényezővel: 3 e a. (22) Az integrált emisszió képességet a (2) egyenlet integrálásával kapjuk meg: E( T) a. (23) Kiszámításához ismerni kell az a(λ,t) üggvényt, ami a eladatot eléggé megnehezíti. Szerencsére nem túl magas hőmérsékletű testek sugárzása esetén a legtöbb esetben a eladat egyszerűsíthető, mert a relatív emissziós tényező gyakorlatilag nem ügg a hullámhossztól, azaz e(λ, T) e(t). Azokat a testeket, amelyekre ez az összeüggés ennáll, szürke testeknek nevezik. Tovább egyszerűsíti a helyzetet, hogy az általunk vizsgált hőmérsékleteken a szürke testek relatív emissziós tényezője gyakorlatilag üggetlen a hőmérséklettől, így e(λ,t) e(t) e. Ez a (2) egyenlet értelmében egyben azt is jelenti, hogy alacsony hőmérsékletű szürke testek esetén az abszorpció képességre is igaz mindaz, ami a relatív emissziós tényezőre, és érvényes az a e (24) összeüggés is. A (23) és (24) összeüggés elhasználásával a test integrált emisszió képessége: E( T) a ε ( λ, T) d λ ae ( T) ee ( T). (25) Behelyettesítve ide a ekete test ismert integrált emisszió képességét [Stean-Boltzmann-törvény; (16) egyenlet], azt kapjuk, hogy E( T) eσt 4. (26) Alacsony hőmérsékletű szürke test integrált emisszió képessége tehát csak egy konstans szorzóban különbözik a ekete testétől. 2. A kísérlet során alkalmazott eszközök. 2.1 A sugárorrások A. Az alacsony hőmérsékletű sugárorrás egy alumínium kocka, négy különböző minőségű elülettel ( eketére estett, matt alumínium, ehérre estett és polírozott alumínium), melynek hőmérséklete a szobahőmérséklettől kb. 12 o C - ig változtatható (5. ábra). A kocka belsejében egy 1 W -os izzólámpa helyezkedik el, melynek teljesítményét egy orgatógomb segítségével változtatni tudjuk. A kocka hőmérsékletét egy beépített termisztor méri. A termisztor ellenállás hőmérséklet üggését az 2. táblázat tartalmazza (ld. Függelék). 5. ábra V21127

Figyelem: mérés közben a kocka elülete orró lehet, érintésétől tartózkodjunk! B. A magas hőmérsékletű sugárzó egy izzólámpa - az ún. Stean - Boltzmann izzó (6. ábra) amelynek hőmérséklete a rákapcsolt eszültség segítségével változtatható. Figyelem: az izzóra maximum 12 V eszültséget kapcsoljon! 6. ábra A sugárzó hőmérsékletét az 1. graikon vagy a 1. táblázat segítségével határozhatjuk meg (ld. Függelék). Ehhez mérjük meg az izzó ellenállását szobahőmérsékleten és az aktuális hőmérsékleten! 2.2 A sugárzásérzékelő A sugárzás érzékelésére egy termoelem szolgál, amelynek eszültsége arányos a reá érkező sugárzás intenzitásával (7. ábra). Spektrális érzékenysége egyenletes az inravörös tartományban (,5-4 µm), és eszültsége néhány µv és 1 mv között változik. A termoelemet ényzár védi; melyet csak a mérés idejére, lehetőleg rövid időre szabad kinyitni. Ez akadályozza meg a termoelem reerenciapontjának hőmérsékletváltozását. Az érzékelő habszivacs lapkával is árnyékolható. Az érzékelő optimális helyzete egy állvány segítségével állítható be. A magas hőmérsékletű sugárzó és a sugárzásérzékelő egy ából készült tartószerkezeten helyezkedik el. Az érzékelőt egy erre a célra készített hasábbal lehet pontosan az izzólámpával szembe beállítani. Az érzékelő helyzete állandó, az izzót egy horonyban tolva lehet különböző távolságokra állítani. 2.3 Az abszorpciómérő 7. ábra 4 Az abszorpciómérő négy különböző elületű résszel rendelkezik: eketére estett, matt alumínium, ehérre estett és polírozott alumínium (8. ábra). A elületek hőmérsékletét egy - egy beépített termisztor méri. (A termisztor karakterisztikáját az 2. táblázat adja meg.) A vizsgálandó elületek termikusan jól szigeteltek, így a hőmérsékletük változását elsősorban a hőmérsékleti sugárzásból elnyelt energia határozza meg. A szerkezet hátoldalán levő tolókapcsolóval lehet a kiválasztott szegmens termisztorát a kimeneti csatlakozókra kapcsolni. Figyelem: az abszorpciómérőt ne melegítse 6 o C ölé! Mérési eladatok: 1. Mérje meg szobahőmérsékleten a Stean - Boltzmann izzó és az alacsonyhőmérsékletű sugárorrás érzékelő termisztorának hideg ellenállását! (Ezekre az adatokra később szüksége lesz.) Használják a négypontos ellenállásmérőt! 2. Ellenőrizze a Stean - Boltzmann törvényt magas hőmérsékletű sugárorrás esetén! Mérőeszközök: Stean - Boltzmann izzó, tápegység (Ohmeg ST 255, 25V, 5A), 3 db multiméter, sugárzás detektor állvánnyal, a tartószerkezet. A. Állítsa össze a 9. ábra szerinti mérési elrendezést. Az érzékelő és sugárorrás közötti távolság legyen 6 cm. Az izzó üzemi hőmérsékletét az átolyó áram és a rajta eső eszültségből számított üzemi ellenállás valamint a volram ellenállásának hőmérsékletüggéséből számítjuk ki. 9. ábra B. Kapcsolja be a lámpa tápegységét, majd a eszültséget okozatosan 1V-os lépésekben emelje 12 V- ig. Mérje meg az izzón átolyó áramot és a rajta eső eszültséget, valamint a sugárzásdetektor eszültségét! Ohm törvénye alapján számítsa az aktuális ellenállást és az izzó hideg ellenállásának ismeretében a 1. táblázat alapján határozza meg a hőmérsékletet! Vonja le a detektoreszültségből a detektor sö- V21127

tétáramához tartozó eszültséget, így a sugárzással arányos E kimenőjelet kap. Ábrázolja E -et T 4 üggvényében! A sugárzásdetektorral ~ 1 s-ig mérjen és a két mérés közti szünetben gondosan árnyékolja le, hogy elkerülje az érzékelő elmelegedését! Ügyeljen arra, hogy az izzó ne kapjon 12 V-nál nagyobb eszültséget. 3. Határozza meg a pontszerű orrás sugárzási intenzitásának távolságüggését! Mérőeszközök: Stean - Boltzmann izzó, tápegység (Ohmeg ST 255, 25V, 5A), 3 db multiméter, sugárzás detektor állvánnyal, a tartószerkezet. 1. ábra A. Állítsa össze a 1. ábra szerinti mérési elrendezést Kapcsolja a sugárorrás űtését HGH-állásba! 1 perc eltelte után olvassa le a ekete oldallal szembe állított detektor eszültségét (nyitott és zárt ablakkal), valamint a sugárorrás termisztorának ellenállását! 1 perc múlva ismételje meg a mérést a szomszédos elületen! Percenként váltogatva a vizsgált elületet olytassa a vizsgálatot kb. él órán keresztül! (Az egyes elületek 4 percenként kerülnek sorra.) A méréssorozat végére a sugárorrás eléri a véghőmérsékletet. A űtést még ne kapcsolja ki! Ábrázolja az egyes elületekre külön-külön E -et 4 4 ( T ) T üggvényében! Határozza meg a elületek relatív emissziós tényezőit! Értékelje ki a ekete elületen mért adatokból a detektor c együtthatóját (ld. alább)! Megjegyzések: A detektor hőmérsékletét a ráeső sugárzási teljesítmény és a leadott sugárzási teljesítmény különbsége határozza meg. Az előbbi a orrás hőmérsékletének (T ) negyedik hatványával arányos míg az utóbbi a detektor hőmérséklet (T o ) negyedik hatványával. Így a kimenőjel U ki c (T 4 -T o 4 ), ahol c állandó. [A 2. és 3. eladatoknál, ahol a orrás hőmérséklete 1-3 K között változott a detektor által kibocsátott sugárzást elhanyagolhattuk. Most azonban, a sugárorrás hőmérséklete 12 o C alatt van, így ez nem tehető meg.] Feltesszük, hogy az érzékelő szobahőmérsékleten van, aminek értékét az 1. pontban mért termisztor ellenállásból határozhatjuk meg. A sugárorrás hőmérséklete az alumínium kockában levő izzó áramával szabályozható. A skálával ellátott orgatógomb 5; 6,5; 8 és HGH állásaihoz tartozó állandósult hőmérsékletek rendre ~ 8, 9, 1 és 11 o C. B. Az előző mérésnél elért maximális üzemi eszültséget ( 12 V )hagyja az izzón változatlanul bekapcsolva. Távolítsa az izzót a detektortól centiméterenként a lehetséges legtávolabbi pontig, mérje meg minden beállított távolságnál a sugárzásdetektor eszültségét. [Vonja le a detektor eszültség értékéből a detektor sötétáramához tartozó eszültséget, így a sugárzással arányos kimenőjelet (E ) kap.] Ábrázolja E -et 1/x 2 üggvényében! 4. Ellenőrizze a Stean - Boltzmann törvényt alacsony hőmérsékletű sugárorrás esetén! Határozza meg a sugárorrás elületeit jellemző abszorpciós és emissziós tényezőket! Mérőeszközök: Alacsonyhőmérsékletű sugárorrás, sugárzásérzékelő + állvány, 2 db multiméter, stopper. Állítsa össze a 11. ábrán látható elrendezést! A sugárzásérzékelő mérőeje a sugárorrás lapjainak közepénél, attól kb. 3-4 cm távolságban legyen! A űtés bekapcsolása előtt határozzuk meg a termisztor T! ellenállása alapján a környezet hőmérsékletét ( ) 11. ábra 5. Határozza meg az abszorpciómérő szegmenseit jellemző abszorpciós tényezőket! Megjegyzések: Távolítsa el a korábban használt sugárzásdetektort és cserélje el az abszorpciómérő egységgel! Az abszorpciómérő állványát úgy állítsa be, hogy a mérőej a sugárorrás középmagasságában legyen! Helyezze a mérőejet a ekete elülettől 3-4 cm távolságba, majd a négy szegmenst 15 másodpercenként váltva kb. 1 percen át mérje a szegmensek hőmérsékletét mérő termisztorok ellenállását! Ábrázolja az egyes elületek hőmérsékletét az idő üggvényében! Határozza meg a elületek (relatív) abszorpciós tényezőit!(lásd 4. eladat.) 5 V21127

Függelék: A volram ajlagos ellenállásának hőmérsékletüggése R/R 3K Hőm (K) ρ (Ω m) R/R 3K Hőm (K) ρ (Ω m) R/R 3K Hőm (K) ρ (Ω m) R/R 3K Hőm (K) ρ (Ω m) 1, 3 5,65 1-8 5,48 12 3,96 1-8 1,6 21 6,6 1-8 16,3 3 92,4 1-8 1,43 4 8,6 1-8 6,3 13 34,8 1-8 11,2 22 63,48 1-8 17 31 95,76 1-8 1,87 5 1,56 1-8 6,58 14 37,19 1-8 11,8 23 66,91 1-8 17,6 32 99,54 1-8 2,34 6 13,23 1-8 7,14 15 4,36 1-8 12,5 24 7,39 1-8 18,3 33 13,3 1-8 2,85 7 16,9 1-8 7,71 16 43,55 1-8 13,1 25 73,91 1-8 19 34 17,2 1-8 3,36 8 19, 1-8 8,28 17 46,78 1-8 13,7 26 77,49 1-8 19,7 35 111,1 1-8 3,88 9 21,94 1-8 8,86 18 5,5 1-8 14,3 27 81,4 1-8 26,4 36 115. 1-8 4,41 1 24,93 1-8 9,44 19 53,35 1-8 15 28 84,7 1-8 4,95 11 27,94 1-8 1 2 56,67 1-8 15,6 29 88,33 1-8 1. táblázat 2 y-1,448+,586x 15 R T /R 1 5 5 1 15 2 25 3 35 4 Hõmérséklet 6 V21127

1. graikon Az alacsonyhőmérsékletű sugárorrásban és az abszorpciómérőben levő termisztor ellenállásának hőmérsékletüggése Hőmérséklet Ellenállás Hőmérséklet Ellenállás Hőmérséklet Ellenállás Hőmérséklet Ellenállás Hőmérséklet Ellenállás ( o C) (Ω) ( o C) (Ω) ( o C) (Ω) ( o C) (Ω) ( o C) (Ω) 6 255 38 26 95 447 46 39 65 66 17 98 92 7 214, 7 242 46 27 91 126 47 37 995 67 17 321 94 6 755,9 8 23 26 28 87 22 48 36 458 68 16 689 96 6 33,8 9 218 73 29 83 124 49 34 991 69 16 83 98 5 936,1 1 27 85 3 79 422 5 33 591 7 15 52 1 5 569,3 11 197 56 31 75 93 51 32 253 71 14 945 12 5 228,1 12 187 84 32 72 56 52 3 976 72 14 41 14 4 91,7 13 178 65 33 69 38 53 39 756 73 13 897 16 4 615,1 14 169 95 34 66 356 54 28 59 74 13 45 18 4 339,7 15 161 73 35 63 48 55 27 475 75 12 932 11 4 82,9 16 153 95 36 6 743 56 26 49 76 12 479 112 3 843,4 17 148 58 37 58 138 57 25 39 77 12 43 114 3 619,8 18 139 61 38 55 658 58 24 415 78 11 625 116 3 411, 19 133 39 53 297 59 23 483 79 11 223 118 3 215,8 2 126 74 4 51 48 6 22 59 8 1 837 12 3 33,3 21 12 81 41 48 95 61 21 736 82 1 1 122 2 862,5 22 115 19 42 46 863 62 2 919 84 9 437,7 124 2 72,7 23 19 85 43 44 917 63 2 136 86 8 816, 126 2 553, 24 14 8 44 43 62 64 19 386 88 8 24,6 128 2 412,6 25 1 45 41 292 65 18 668 9 7 77,7 13 2 281, 132 2 157,6 134 2 41,7 2. táblázat 7 V21127