熱輻射成像實(shí)驗(yàn)

物理2015級(jí)物理學(xué)專業(yè)姓名高曉君學(xué)號(hào)20152702006開(kāi)課學(xué)院、試驗(yàn)室:物理學(xué)院、DS1208試驗(yàn)時(shí)間：2016418日試驗(yàn)工程類型課程 近代物理試驗(yàn)1 試驗(yàn)工程名稱 名稱指導(dǎo) 劉安平 成績(jī)老師

熱輻射成像試驗(yàn) 驗(yàn)證

演 綜 設(shè) 其示 合 計(jì) 他試驗(yàn)?zāi)康模?、爭(zhēng)論物體的輻射面、輻射體溫度對(duì)物體輻射力量大小的影響，并分析緣由。2、測(cè)量轉(zhuǎn)變測(cè)試點(diǎn)與輻射體距離時(shí)，物體輻射強(qiáng)度P和距離S以及距離的平方S2的關(guān)系，并描繪P-S2曲線。3、依據(jù)維恩位移定律，測(cè)繪物體輻射能量與波長(zhǎng)的關(guān)系圖。4、測(cè)量不同物體的防輻射力量，你能夠從中得到哪些啟發(fā)？〔選做〕5、了解紅外成像原理，依據(jù)熱輻射原理測(cè)量發(fā)熱物體的形貌〔紅外成像〕。試驗(yàn)原理：〔G.R.Kirchhoff〕開(kāi)頭的。1859年他從理論上導(dǎo)入了輻射r(ν,T)與吸取本領(lǐng)α(ν,T)成正比，比值僅與頻率ν和溫度T有關(guān)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：r(,T)F(,T)(,T)

〔3-1〕式中F(ν,T)是一個(gè)與物質(zhì)無(wú)關(guān)的普適函數(shù)。在1861年他進(jìn)一步指出，在肯定溫度下用不透總結(jié)出了黑體輻射的輻射本領(lǐng)R與物體確定溫度T四次方成正比的結(jié)論；1884年，玻耳茲曼對(duì)上述結(jié)論給出了嚴(yán)格的理論證明，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：TR T4 〔3-2〕T即斯特藩-玻耳茲曼定律，其中5.6731012w/cm2K4為玻耳茲曼常數(shù)?！瞱ilhelmwien〕從理論上進(jìn)展了證明，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：max Tb 〔3-3〕max＝2.897×10-3(m.K向短波方向移動(dòng)，即維恩位移定律。1900年，英國(guó)物理學(xué)家瑞利〔LordRayleigh〕從能量按自由度均分定律動(dòng)身，推出了黑體輻射的能量分布公式：r(,T)

2cKT4

(3-5)·窮值，而試驗(yàn)結(jié)果是趨于零。這局部嚴(yán)峻的背離，被稱之為“紫外災(zāi)難”。短波的維恩公式和適用于長(zhǎng)波的瑞利的很好的黑體輻射公式：r(,T)

c 1.5 e

1c2/T1

(3-6)式中cc1

均為常數(shù)，但該公式的理論依據(jù)尚不清楚。hν為單位吸取或放射它,也就是說(shuō)，Ehν，稱之為能h6.62559×10-34焦耳秒。公式〔3-6〕中的cc1 2

c1

hc2,c2

ch/k，它們均與普朗克常數(shù)相關(guān)，分別被稱為第一輻射常數(shù)和其次輻射常數(shù)。試驗(yàn)儀器：DHRH-1〔60cm〕計(jì)算機(jī)軟件以及專用連接線等試驗(yàn)步驟：一、物體溫度以及物體外表對(duì)物體輻射力量的影響。其正對(duì)模擬黑體〔輻射體〕中心，然后再調(diào)整黑體輻射測(cè)試架和紅外熱輻射傳感器的距離為一較適宜的距離并通過(guò)光具座上的緊固螺絲鎖緊。2、將黑體熱輻射測(cè)試架上的加熱電流輸入端口和控溫傳感器端口分別通過(guò)專用連接線和測(cè)試儀面板上的相應(yīng)端口相連；用專用連接線將紅外傳感器和DHRH-I面板上的專用接口相連；檢查連線是否無(wú)誤，確認(rèn)無(wú)誤后，開(kāi)通電源，對(duì)輻射體進(jìn)展加熱，見(jiàn)圖3-2所示。3、記錄不同溫度時(shí)的輻射強(qiáng)度，填入表1中，并繪制溫度-輻射強(qiáng)度曲線圖。表1：黑體溫度與輻射強(qiáng)度記錄表溫度t〔℃〕

20 25 30 ....... 8060℃，待溫度掌握好后，將紅外輻射傳感器移至靠近輻射體處，轉(zhuǎn)動(dòng)輻射體〔輻射體較熱，請(qǐng)帶上手套進(jìn)展旋轉(zhuǎn)，以免燙傷〕測(cè)量不同輻射外表上的輻射強(qiáng)度〔試驗(yàn)時(shí)，保證熱輻射傳感器與待測(cè)輻射面距離一樣，便于分析和比較〕，記錄表2中。表2：黑體外表與輻射強(qiáng)度記錄表黑風(fēng)光

黑面 粗糙面 光面1 光面2〔帶孔〕二、探究黑體輻射和距離的關(guān)系1、依據(jù)試驗(yàn)一的步驟2把線連接好，連線圖同圖3-2。調(diào)整輻射體和紅外傳感器的位置，直至紅外輻射傳感器底座上的刻線對(duì)準(zhǔn)光學(xué)導(dǎo)軌標(biāo)尺上的一整刻度，并以此刻度為兩者之間距離零點(diǎn)。3、將紅外傳感器移至導(dǎo)軌另一端，并將輻射體的黑面轉(zhuǎn)動(dòng)到正對(duì)紅外傳感器。3中，繪制輻射強(qiáng)度-距離圖以及輻射強(qiáng)度-距離的平方圖,即P-S和P-S2圖。比的規(guī)律？試驗(yàn)記錄：一、物體溫度以及物體外表對(duì)物體輻射力量的影響黑體溫度與輻射強(qiáng)度記錄表黑體外表與輻射強(qiáng)度記錄表黑風(fēng)光輻射強(qiáng)度(mV)

黑面0.998

0.702

10.683

0.665二、探究黑體輻射和距離的關(guān)系黑體輻射與距離關(guān)系記錄表S〔mm〕340320300280260240220P(mV)0.640.6520.6630.6710.6780.6850.697S〔mm〕20018016014012010080P(mV)0.7020.7090.7260.7860.8450.9111.024S〔mm〕6040200P(mV)1.1081.2141.2411.247數(shù)據(jù)處理：一、物體溫度以及物體外表對(duì)物體輻射力量的影響黑體溫度與輻射強(qiáng)度記錄表溫度39.91743.09145.16648.27950.35453.52855.725輻射強(qiáng)度0.6370.6410.6470.6520.6540.6590.663溫度58.89960.97463.1165.24768.48170.61872.815輻射強(qiáng)度0.6730.6760.6830.6880.7010.710.717黑體溫度與輻射強(qiáng)度關(guān)系圖：0.720.70度強(qiáng) 0.68射輻0.660.6435 40 45 50 55 60 65 70 75溫度T擬合后得到關(guān)系式：T=0.53614+0.00238P。溫度與輻射強(qiáng)度滿足線性關(guān)系。黑體外表與輻射強(qiáng)度關(guān)系：黑風(fēng)光輻射強(qiáng)度(V)

黑面0.998

粗糙面 0.702 0.683

0.665隨著輻射面越來(lái)越光滑，顏色越來(lái)越白，輻射強(qiáng)度也越來(lái)越小。二、探究黑體輻射和距離的關(guān)系350300250m 200m/ 離距 100500-50120000100000800002mm 600002S離 40000距200000

P-S圖0.6 0.7 0.8 0.9 1.0