Grundpraktikum der Physik. Versuch Nr. 21 TEMPERATURSTRAHLUNG. Versuchsziel: Verifizierung von Strahlungsgesetzen.

Ähnliche Dokumente
Praktikumsvorbereitung Wärmestrahlung

10. Thermodynamik Wärmetransport Wämeleitung Konvektion Wärmestrahlung Der Treibhauseffekt. 10.

PRISMEN - SPEKTRALAPPARAT

Das plancksche Strahlungsgesetz Das plancksche Strahlungsgesetz

9. Wärmelehre. 9.5 Wärmetransport Wärmeleitung Konvektion Der Treibhauseffekt. 9. Wärmelehre Physik für Informatiker

Versuch A06: Stefan-Boltzmannsches Strahlungsgesetz

9. Thermodynamik. 9.5 Wärmetransport Wärmeleitung Konvektion Der Treibhauseffekt. 9. Thermodynamik Physik für E-Techniker

Grundlagen der Quantentheorie

9. Thermodynamik. 9.5 Wärmetransport Wärmeleitung Konvektion Der Treibhauseffekt. 9. Thermodynamik Physik für E-Techniker

Strahlungsgesetze. Stefan-Boltzmann Gesetz. Wiensches Verschiebungsgesetz. Plancksches Strahlungsgesetz

Versuch W9 für Nebenfächler Strahlungsgesetze

Max Planck: Das plancksche Wirkungsquantum

Physik für Maschinenbau. Prof. Dr. Stefan Schael RWTH Aachen

Wärmestrahlung. Einfallende Strahlung = absorbierte Strahlung + reflektierte Strahlung

Vorbereitung. Wärmestrahlung. Versuchsdatum:

D11 Pyrometer. 1. Aufgabenstellung. 2. Grundlagen zu den Versuchen. Physikpraktikum

Planksche Strahlung. Schriftliche VORbereitung:

4 Wärmeübertragung durch Temperaturstrahlung

Physik Anfängerpraktikum - Versuch 207 Temperaturstrahlung

Versuch Nr. 18 BEUGUNG

27. Wärmestrahlung. rmestrahlung, Quantenmechanik

Unterrichtsmaterialien in digitaler und in gedruckter Form. Auszug aus: Die Strahlungsgesetze - Beginn einer neuen Ära

Physikalisches Praktikum 4. Semester

Temperatur-Strahlung

Versuch Nr. 22. Fresnelformeln

Photoeffekt: Bestimmung von h/e

D13 Plancksche Strahlung

Wärmelehre/Thermodynamik. Wintersemester 2007

23. Vorlesung EP. IV Optik 26. Beugung (Wellenoptik) V Strahlung, Atome, Kerne 27. Wärmestrahlung und Quantenmechanik

Grundpraktikum der Physik Universitat Ulm. Versuch 21 Warmestrahlung

Abbildung 1: Versuchsanordnung

Wärmelehre Wärme als Energie-Form

Grundbausteine des Mikrokosmos (5) Die Entdeckung des Wirkungsquantums

Klausurtermin: Nächster Klausurtermin: September :15-11:15

Welche Strahlen werden durch die Erdatmosphäre abgeschirmt? Welche Moleküle beeinflussen wesentlich die Strahlendurchlässigkeit der Atmosphäre?

Versuch D 8: Temperaturstrahlung

2. Max Planck und das Wirkungsquantum h

Grundpraktikum der Physik. Versuch Nr. 25 TRANSFORMATOR. Versuchsziel: Bestimmung der physikalischen Eigenschaften eines Transformators

LW2. Wärmestrahlung Version vom 8. Januar 2018

7.4.5 Schwarzer und glänzender Körper im Ofen ****** 1 Motivation. 2 Experiment

Wind/Strömung September Wind und Strömung... 2

V Abbildung 1: Versuchsanordnung. Wärmestrahlung

Kapitel 5: Die Strahlung der Treibstoff der Atmosphäre

Umweltphysik / Atmosphäre V1: Strahlungsbilanz Erde WS 2011/12

Praktikum II TE: Thermische Emission

Versuch Q1. Äußerer Photoeffekt. Sommersemester Daniel Scholz

(9) Strahlung 2: Terrestrische Strahlung Treibhauseffekt

Versuch A9 - Strahlung. Abgabedatum: 28. Februar 2008

Hochschule Düsseldorf University of Applied Sciences. 04. Oktober 2016 HSD. Solarenergie. Die Sonne

LD DIDACTIC Leyboldstrasse 1 D Hürth Phone: (02233) Fax: (02233)

Wärmelehre/Thermodynamik. Wintersemester 2007

Wellenlängenspektrum der elektromagnetischen Strahlung

Ferienkurs Experimentalphysik 3

Elektromagnetische Schwingkreise

Wärmestrahlung. Versuch: P Vorbereitung - Inhaltsverzeichnis

Physik IV Einführung in die Atomistik und die Struktur der Materie

c. Bestimme die Gesamtenergie der im Objekt gespeicherten elektromagnetischen Strahlung durch Aufsummieren der Energie der einzelnen Moden.

Physikalische Grundlagen zur Wärmegewinnung aus Sonnenenergie

Grundpraktikum Physik. Poggendorf sche Kompensationsmethode und Wheatstone sche Brückenschaltung

Physik für Mediziner im 1. Fachsemester

Gitter. Schriftliche VORbereitung:

Ferienkurs Experimentalphysik 3

Physik für Mediziner im 1. Fachsemester

Übungsblatt 02. PHYS4100 Grundkurs IV (Physik, Wirtschaftsphysik, Physik Lehramt) Othmar Marti,

1 nm = 1 Nanometer = 0, m = m 1 μm = 1 Mikrometer = 0, m = m

Erweiterung einer Apparatur zur winkelabhängigen Bestimmung des Emissionsgrades bei hohen Temperaturen

CMB Echo des Urknalls. Max Camenzind Februar 2015

HVG-Mitteilung Nr. 2103

W09. Wärmestrahlung. Neben der Untersuchung des Charakters von Wärmestrahlung wird das Stefan-Boltzmannsche-Gesetz nachgewiesen

Physikalisches Grundpraktikum für Physiker/innen Teil III. Temperaturstrahlung

Hochschule Düsseldorf University of Applied Sciences. 29. September 2015 HSD. Solarenergie. Die Sonne

Bestimmung der Austrittsarbeit W von Wolfram mit Hilfe der Richardson-Gleichung

Bestimmung der spektralen Strahlungsverteilung eines Infrarot- Strahlers des Typs Trans lucent VWS 500 Q der Firma Inframagic

Wärmeleitung und thermoelektrische Effekte Versuchsauswertung

Was ist Wärmestrahlung?

Was ist Wärmestrahlung? Michael Pohlig

Klimawandel. Inhalt. CO 2 (ppm)

Sonne. Diese Abbildung zeigt das Spektrum eines schwarzen Körpers (a) sowie das Sonnenspektrum über der Atmosphäre (b) und auf der Erde (c).

Versuch D 8: Temperaturstrahlung

Lösungen zur Experimentalphysik III

1.1 Auflösungsvermögen von Spektralapparaten

SPEKTRUM. Bilden Sie zu Beginn des Beispieles eine Blende oder einen Spalt ab und studieren Sie die Eigenschaften

Projektarbeit zur Schwarzkörperstrahlung

Versuch 33: Messung mit einer Vakuum-Photozelle Seite 1

(N)IR Strahlungsquellen

Versuch W9 Strahlungsgesetze

Erstabgabe Übung nicht abgegeben

MP7. Wärmestrahlung Version vom 10. August 2016

Temperaturstrahlung. Inhaltsverzeichnis. 1 Versuchsziel 1

Emitec Group Gegründet 1993

HVG-Mitteilung Nr Optische Messung der Temperatur mit Pyrometern bei der Glasherstellung Teil 2: Grundlegendes zur Strahlungsthermometrie


Periodensystem, elektromagnetische Spektren, Atombau, Orbitale

Hallwachs-Experiment. Bestrahlung einer geladenen Zinkplatte mit dem Licht einer Quecksilberdampflampe

SS 2015 Supplement to Experimental Physics 2 (LB-Technik) Prof. E. Resconi

Einführung in die Astronomie und Astrophysik (I) Jürgen Schmitt Hamburger Sternwarte

Versuch 8/1 PYROMETRIE Blatt 1 PYROMETRIE

23. Vorlesung EP. IV Optik 25. Optische Instrumente Fortsetzung: b) Optik des Auges c) Mikroskop d) Fernrohr 26. Beugung (Wellenoptik)

Transkript:

Grundpraktikum der Physik Versuch Nr. 21 TEMPERATURSTRAHLUNG Versuchsziel: Verifizierung von Strahlungsgesetzen. 1

1. Einführung Neben Konvektion und Wärmeleitung stellt die Wärmestrahlung eine der wichtigsten Formen zum Transport von thermischer Energie dar. Es handelt sich hierbei um eine elektromagnetische Strahlungsform. Hierbei emittiert die Oberfläche eines warmen Körpers ein breites Spektrum elektromagnetischer Strahlung: Bei einer Temperatur von 300K liegt der Hauptanteil dieser Strahlung im unsichbaren infraroten Spektralbereich (Wellenlängen λ = 1µm 50µm), bei 1000K liegt ein merklicher Anteil davon auch in dem für uns sichtbaren Wellenlängenbereich von λ = 400nm 700nm. Der Körper beginnt dann zu glühen. Max Planck (1858-1947) gelang es als Erstem, die spektrale Intensitätsverteilung dieser Wärmestrahlung zu berechnen, wobei er das Planck sche Wirkungsquantum einführte. Im Gegensatz zu Wärmeleitung und der Konvektion ist für die Wärmeübertragung durch Wärmestrahlung kein Medium nötig, sie findet auch im Vakuum statt. Die genaue Form der spektralen Intensitätsverteilung hängt von der Oberflächenbeschaffenheit des strahlenden Körpers ab. Ein Spezialfall ist der schwarze Körper. Er besitzt den grösstmöglichen Emissionsgrad und absorbiert gleichzeitig die gesamte auftreffende Strahlung. Ein schwarzer Körper lässt sich experimentell sehr gut durch einen erhitzten Hohlraum mit einer kleinen Öffnung realisieren, durch die die Strahlung austreten kann. Der Versuch besteht aus drei Teilen. Im ersten Teil beschäftigen sie sich mit dem sogenannten Leslie-Würfel (vgl. Abbildung 1). Im folgenden Teil wird mit Hilfe eines geheizten Rohrofens, welcher eine kleine Öffnung besitzt, das Planck sche Strahlungsgesetz verifiziert. Im abschließenden Teil beschäftigen Sie sich mit der Pyrometrie. Abbildung 1: Bild eines im AP verwendeten Lesliewürfels. 2

2. Stichpunkte zur Versuchsvorbereitung 1. Emissions- und Absorptionsvermögen. [1], Kap. 3 2. schwarze und graue Strahler, Farbtemperatur; siehe [1], Kap.3.1.1 3. Strahlungstemperatur; siehe [2], Kap.4.5.2 4. Spektrale Modendichte. [5], Kap 7.8.2 5. Planck sches Strahlungsgesetz; siehe [1], Kap.3.1.1 + 3.1.2 6. Wien sches Strahlungsgesetz; siehe [1], Kap.3.1.3 7. Rayleigh-Jean sches Strahlungsgesetz; siehe [1], Kap.3.1.2 8. Stefan-Boltzmann sches Strahlungsgesetz; siehe [1], Kap.3.1.4 9. Pyrometrie; siehe [2], Kap.4.5.2 Weitere Übersichtsliteratur [2, 3, 4]. 3. Versuch Hinweis: Zu Beginn des Versuches ist der Rohrofen mit 0, 6A zu beheizen. Im Laufe einer Stunde steigt die Temperatur auf ca. 350 C. Temperaturkonstanz abwarten. 1. Versuchdurchführung: Wärmestrahlung verschiedener Oberflächen. Füllen Sie den Leslie-Würfel (vgl. Abbildung 1) mit heissem Wasser und bringen Sie nacheinander seine vier Flächen im Abstand von ca. 0, 5m vor die Thermosäule (drei Mal). Bestimmen Sie die Strahlungsdichte eines schwarzen Körpers bei konstanter Temperatur in Abhängigkeit von der Entfernung zum Beobachter! Bringen Sie dazu die Thermosäule in ca. r = 25cm Abstand von der strahlenden Öffnung A S, vergrössern Sie den Abstand in 5cm-Schritten bis etwa 50cm und messen Sie dabei die thermoelektrische Spannung U (zwei Mal). Zusammenhang zwischen abgestrahlter Leistung und Temperatur eines schwarzen Strahlers (erstes Beispiel für Stefan-Boltzmann sches Strahlungsgesetz). Messen Sie bei konstantem Abstand zwischen Thermosäule und Strahler die von diesem abgegebene Leistung als Funktion seiner Temperatur. Hinweis: Bringen Sie die Thermosäule in ca. r = 50cm Abstand von der strahlenden Öffnung A S! Schalten Sie die Ofenheizung aus und messen Sie die Strahlungsleistung bzw. die thermoelektrische Spannung U alle 10 K über einen Bereich von 200 K hinweg. 3

Zusammenhang zwischen Leistungsaufnahme einer Glühbirne und Temperatur des Fadens (zweites Beispiel für Stefan-Boltzmann sches Strahlungsgesetz). Hinweis: Die Lampe ist in ihrem Abstand so zu justieren dass, durch das Fernrohr gesehen, die Wendel scharf abgebildet wird. Betriebsanleitung des Pyrometers genau durchlesen. Machen Sie sich mit dessen Handhabung vertraut! 2. Auswertung: Bestimmung des relativen Emissionsvermögens. Bestimmen Sie das Verhältnis der Strahlungsleistungen der vier Flächen, wobei der Maximalausschlag des Vielfachmessinstruments mit Hilfe der am stärksten strahlenden Fläche einzuregulieren ist. Tragen Sie in einem Diagramm ln(u) über ln(r) auf (mit Fehlerbalken)! und bestimmen Sie die Steigung der resultierenden Geraden mit zeichnerischer und rechnerischer Regression! Ermittenln Sie das Gesetz, nach dem Strahlungsdichte eines schwarzen Körpers (Rohrofen) mit dem Abstand zusammenhängt. Tragen Sie in einem Diagramm U über T 4 auf (mit Fehlerbalken)! Ermitteln Sie weiter die zugrunde liegende Gesetzmässigkeit und den Absolutwert der Stefan- Boltzmann schen Strahlungskonstanten σ aus der Steigung der Regressionsgeraden im T 4 über U Diagramm mit Fehlerrechnung und vergleichen Sie das Ergebnis mit dem Literaturwert! Zur Auswertung benützen Sie bitte foglende Formel: U = σ 0, 16 mv mw 1000 A B A S (T 4 T 4 0 ) πr 2 (1) Ermitteln Sie für verschiedene elektrische Leistungen die Temperaturen eines Glühfadens und stellen Sie den Zusammenhang zwischen Leistung und Temperatur dar. Tragen Sie in einem Diagramm lnp über lnt auf. 4. Zubehör Aufgabe 1: 1 Optische Bank. 1 Lesliewürfel. 1 Thermosäule. 1 Messverstärker. 1 Vielfachmessinsrument. Aufgabe 2 und 3: 1 Optische Bank. 1 Rohrofen mit wassergekühlter Blende. 4

1 Thermosäule. 1 Regeltrafo. 1 Vielfachmessinsrument. Aufgabe 4 1 Optische Bank. 1 12 Volt Lampe. 1 Netzgerät. 1 Pyrometer Optix. 5

Literaturverzeichnis [1] W. Demtröder, Experimentalphysik 3: Atome, Moleüle und Festkörper, Springer Verlag, Berlin (2005). [2] W. Walcher, Praktikum der Physik, Teubner Verlag, Wiesbaden (2004). [3] L. Bergmann, C. Schaefer, Lehrbuch der Experimentalphysik Bd.3 Optik, Gruyter Verlag, Berlin (2004). [4] H. Haken, H.C. Wolf, Atom- und Quantenphysik: Einführung in die experimentellen und theoretischen Grundlagen, Springer Verlag, Berlin (1996) [5] W. Demtröder, Experimentalphysik 2: Elektrizität und Optik, Springer Verlag, Berlin (2004). 6