黑體輻射出射度曲線繪制

黑體輻射出射度曲線繪制目的：學(xué)習(xí)和鞏固黑體輻射定律，驗(yàn)證普朗克輻射定律、斯蒂芬-玻爾茲曼等定律；了解單色儀的工作原理及基本結(jié)構(gòu)。內(nèi)容：按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的要求和步驟操作仿真黑體實(shí)驗(yàn)裝置，驗(yàn)證黑體相關(guān)定律。設(shè)備：WHS-型黑體實(shí)驗(yàn)裝置，計(jì)算機(jī)，打印機(jī)等。原理：黑體是一個(gè)能完全吸收并向外完全輻射入射在它上面的輻射能的理想物體。黑體的光譜輻射量和溫度之間存在精確的定量關(guān)系，確定了黑體的溫度，就可以確定其他的輻射量，因此黑體輻射定律在輻射度學(xué)中起了基準(zhǔn)的作用，占據(jù)十分重要的地位。自然界不存在絕對黑體，用人工的方法可以制成盡可能接近絕對黑體的輻射源。鎢的熔點(diǎn)約為3695K，充氣鎢絲燈的光譜輻射分布和黑體十分接近，因此可以用來仿真黑體。CIE規(guī)定分布溫度2856K的充氣鎢絲燈作為標(biāo)準(zhǔn)A光源，以此實(shí)現(xiàn)絕對溫度為2856K的完全輻射體的輻射，即標(biāo)準(zhǔn)照明體A。本次實(shí)驗(yàn)所用的WHS-1黑體實(shí)驗(yàn)裝置就是以溴鎢燈模擬黑體的輻射源，通過改變燈絲的電流來模擬改變黑體的色溫。描述黑體輻射定律的普朗克公式以波長表示的形式為：M0式(1)中，第一輻射常數(shù)c1=2πhc2=3.7418*由于黑體是朗伯輻射體，因此可以得到黑體的光譜輻亮度表示式如下：L0斯蒂芬-玻爾茲曼定律描述的是黑體的輻射出射度與溫度之間的關(guān)系：M0式(3)中，σ=c1π黑體光譜輻射是單峰函數(shù)，其峰值波長滿足維恩位移定律：λm式(4)中，常數(shù)b=c 實(shí)驗(yàn)就是要驗(yàn)證黑體輻射的上述定律。 WHS-1型黑體實(shí)驗(yàn)裝置的工作過程為：調(diào)整燈絲電流為某一數(shù)值，如1.7A，停留幾分鐘待光源穩(wěn)定；單色儀光柵機(jī)構(gòu)復(fù)位，從800nm至2500nm以一定的間隔(如1nm)進(jìn)行掃描，將數(shù)據(jù)存進(jìn)內(nèi)存(即軟件中所指“寄存器_1”等)，顯示的輻出度數(shù)值為：輻出度顯示值=波長掃描探測器實(shí)測值標(biāo)定值*理論值。為保證顯示值不偏離理論值太多，除了要保證光柵掃描機(jī)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)步驟：正確連接計(jì)算機(jī)、單色儀、接收單元、電控箱、溴鎢燈電源、溴鎢燈；打開計(jì)算機(jī)、電控箱及溴鎢燈電源，使機(jī)器預(yù)熱20分鐘；按照軟件的提示，確認(rèn)反射鏡撥桿的位置置于位置“1”，即把撥桿撥向出射狹縫方向（撥向相反方向用于“觀察窗查看二級譜線”實(shí)驗(yàn)）；將溴鎢燈電源的電流調(diào)節(jié)為1.7A（即對應(yīng)黑體色溫2999K）掃描一條從800~2500nm的曲線，得到在色溫2999K時(shí)的黑體輻射曲線；注意：測試完一條曲線后，可以點(diǎn)擊主菜單的“驗(yàn)證熱輻射定律”下的“普朗克輻射定律(W)”進(jìn)行驗(yàn)證。輸入800~2500nm之間不同的波長值，驗(yàn)證測量值和理論值的符合程度。如果相差太大，此時(shí)應(yīng)點(diǎn)擊“工作”下的“修正黑體輻射系數(shù)參數(shù)(Y)”的“選擇計(jì)算(Z)”進(jìn)行標(biāo)定。標(biāo)定步驟參照“使用說明書”20~22頁的說明進(jìn)行。依次改變溴鎢燈的電源為1.6A（對應(yīng)2889K），1.5A（對應(yīng)2674K），1.4A（對應(yīng)2548K），1.3A（對應(yīng)2544K），1.2A（對應(yīng)2303K），1.1A（對應(yīng)2208K），1.0A（對應(yīng)2101K），0.9A（對應(yīng)2001K），可得到相應(yīng)色溫的黑體輻射曲線，分別存入各寄存器，最多可以存9條曲線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：進(jìn)行完步驟5，且每次驗(yàn)證普朗克定律誤差較小，則可以驗(yàn)證斯蒂芬-玻爾茲曼定律和維恩位移定律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：圖圖3.斯蒂芬-玻爾茲曼定律驗(yàn)證界面圖圖4.維恩位移定律驗(yàn)證界面注意事項(xiàng)圖圖4.維恩位移定律驗(yàn)證界面注意事項(xiàng)：圖4.圖4.維恩位移定律驗(yàn)證界面圖4.維恩位移定律驗(yàn)證界面日常使用時(shí)黑體輻射系數(shù)參數(shù)已標(biāo)定好，因此一般情況下不要調(diào)整入射和出射狹縫的大小；如果因測試環(huán)境發(fā)生變化（狹縫大小變化）或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)誤差過大，則需要參照軟件提示和“使用說明書”20~22頁的說明對黑體輻射系數(shù)參數(shù)進(jìn)行修正。參考文獻(xiàn)：[1