黑体辐射出射度曲线绘制.docx

黑体辐射出射度曲线绘制目的:学****和巩固黑体辐射定律,验证普朗克辐射定律、斯蒂芬-玻尔兹曼等定律;了解单色仪的工作原理及基本结构。内容:按照实验指导书的要求和步骤操作仿真黑体实验装置,验证黑体相关定律。设备:WHS-型黑体实验装置,计算机,打印机等。原理:黑体是一个能完全吸收并向外完全辐射入射在它上面的辐射能的理想物体。黑体的光谱辐射量和温度之间存在精确的定量关系,确定了黑体的温度,就可以确定其他的辐射量,因此黑体辐射定律在辐射度学中起了基准的作用,占据十分重要的地位。自然界不存在绝对黑体,用人工的方法可以制成尽可能接近绝对黑体的辐射源。钨的熔点约为3695K,充气钨丝灯的光谱辐射分布和黑体十分接近,因此可以用来仿真黑体。CIE规定分布温度2856K的充气钨丝灯作为标准A光源,以此实现绝对温度为2856K的完全辐射体的辐射,即标准照明体A。本次实验所用的WHS-1黑体实验装置就是以溴钨灯模拟黑体的辐射源,通过改变灯丝的电流来模拟改变黑体的色温。描述黑体辐射定律的普朗克公式以波长表示的形式为:M0(λ,T)=c1λ51expc2λT-1(1)式(1)中,第一辐射常数c1=2πhc2=*10-16W•m2;第二辐射常数c2=hck=*10-2m•K;k为玻尔兹曼常数;c为光速。由于黑体是朗伯辐射体,因此可以得到黑体的光谱辐亮度表示式如下:L0(λ,T)=c1πλ51expc2λT-1(2)斯蒂芬-玻尔兹曼定律描述的是黑体的辐射出射度与温度之间的关系:M0T=σT4(Wm2)(3)式(3)中,σ=c1π415c24=*10-8(W•m2•K-4)称为斯蒂芬-玻尔兹曼常数。黑体光谱辐射是单峰函数,其峰值波长满足维恩位移定律:λmT=b(μm•K)(4)式(4)中,常数b==2898μm•K。 实验就是要验证黑体辐射的上述定律。 WHS-1型黑体实验装置的工作过程为:调整灯丝电流为某一数值,,停留几分钟待光源稳定;单色仪光栅机构复位,从800nm至2500nm以一定的间隔(如1nm)进行扫描,将数据存进内存(即软件中所指“寄存器_1”等),显示的辐出度数值为:辐出度显示值=波长扫描探测器实测值标定值*理论值。为保证显示值不偏离理论值太多,除了要保证光栅扫描机构的精度外,溴钨灯的稳定性也十分重要。因此溴钨灯的预热,以及调整电流后,应有充足的稳定时间。实验步骤:正确连接计算机、单色仪、接收单元、电控箱、溴钨灯电源、溴钨灯;打开计算机、电控箱及溴钨灯电源,使机器预热20分钟;按照软件的提示,确认反射镜拨杆的位置置于位置“1”,即把拨杆拨向出射狭缝方向(拨向相反方向用于“观察窗查看二级谱线”实验);(即对应黑体色温2999K)扫描一条从800~2500nm的曲线,得到在色温2999K时的黑体辐射曲线;实验结果如下:(色温2999K)扫描界面注意:测试完一条曲线后,可以点击主菜单的“验证热辐射定律”下的“普朗克辐射定律(W)”进行验证。输入800~2500