21. Temperaturstrahlung

Zubehör:

Aufgabe 1: Optische Bank

	Lesliewürfel
	Thermosäule
	Meßverstärker
	Vielfachmeßinstrument

Aufgabe 2: Optische Bank

	Rohrofen mit gekühlter Blende
	Thermosäule
	Regeltrafo
	Vielfachmeßinstrument

Aufgabe 3: dasselbe wie unter 2

	zusätzlich:
	1 Irisblende
	1 Pappröhre

Aufgabe 4: Optische Bank

	12 Volt Lampe
	Netzgerät
	Pyrometer "Optix"
	1 große Pappröhre

Aufgaben:

1. Wärmestrahlung verschiedener Oberflächen. Bestimmen Sie das relative Emissionsvermögen der vier Flächen des Lesliewürfels.

Hinweise:

	Füllen Sie den Lesliewürfel mit heißem Wasser, bringen Sie nacheinander seine vier Flächen vor die Thermosäule (Abstand ungefähr 1/2 m).
	Bestimmen Sie das Verhältnis der Strahlungsleistungen der vier Flächen, wobei der Maximalausschlag des Vielfachmeßinstruments mit Hilfe der am stärksten strahlenden Fläche einzuregulieren ist.

2. Die Strahlungsdichte eines schwarzen Strahlers in verschiedenen Entfernungen.
Ermitteln Sie das Gesetz, nach dem die Strahlungsdichte eines schwarzen Körpers (Rohrofen) mit dem Abstand zusammenhängt.

Hinweise:

Zu Beginn des Versuches (noch vor Ausführung von Aufgabe 1) ist der Rohrofen mit 0.75 A zu beheizen. Im Laufe einer Stunde steigt die Temperatur auf etwa 350 ^oC. Temperaturkonstanz abwarten. Bringen Sie die Thermosäule in ca. 25cm Abstand von der stahlenden Öffnung.

3. Zusammenhang zwischen abgestrahlter Leistung und Temperatur eines schwarzen Strahlers (erstes Beispiel für Stefan-Boltzmannsches Strahlungsgesetz).

Messen Sie bei festem Abstand zwischen Thermosäule und Strahler die von diesem angegebene Leistung als Funktion seiner Temperatur. Ermitteln Sie die zu Grunde liegende Gesetzmäßigkeit.

Ermitteln Sie den Absolutwert der Stefan-Boltzmannschen Strahlungskonstanten.

Hinweise:

Abstand Thermosäule strahlende Öffnung ca. 50 bis 60 cm. Bringen Sie die Irisblende direkt vor die Thermosäule und justieren Sie den Strahlengang auf maximalen Ausschlag. Sodann schalten Sie die Heizung ab und messen die Leistung als Funktion der Ofentemperatur bis herab zu ca. 150 ^oC (ca. 20 Meßpunkte).

Achtung:

	Diesen Teil des Versuchs gut vorplanen. Eine Wiederholung der Messung ist in der vorgegebenen Praktikumszeit kaum möglich.
	Zur Ermittlung des Absolutwertes der Stefan-Boltzmannschen Strahlungskonstanten benötigen Sie:
	1) Verstärkungfaktor des Meßverstärkers
	2) Empfindlichkeit der Thermosäule

4. Zusammenhang zwischen Leistungsaufnahme einer Glühbirne und Temperatur des Fadens (zweites Beispiel für Stefan-Boltzmannsches Strahlungsgesetz).
Ermitteln Sie für verschiedene elektrische Leistungen die Temperatur eines Glühfadens. Stellen Sie den Zusammenhang zwischen Leistung und Temperatur dar.

Hinweise:

	Die Lampe ist in ihrem Abstand so zu justieren, daß, durch das Fernrohr gesehen, die Wendel scharf abgebildet wird. Betriebsanleitung zum
	Pyrometer genau durchlesen. Machen Sie sich zuerst mit der Handhabung vertraut.

Literatur:

R.M.Eisberg	Fundamentals of Modern Physics (Chapter 2 very good)
Martienssen	Einführung in die Physik IV
Bergmann-Schaefer	Lehrbuch der Experimentalphysik Bd. III
Gerthsen	Physik
Schpolski	Atomphysik, Bd. I
Kohlrausch	Praktische Physik, Bd. III, Tafeln
	Praktische Physik, Bd. I, visuelle Pyrometer

Ergänzungsliteratur:
Weizel	Lehrbuch der theoretischen Physik Bd. I

Stichworte zur Vorbereitung:

	Emissionsvermögen, Absorptionsvermögen
	schwarzer Strahler, grauer Strahler, Farbtemperatur
	schwarze Temperatur
	Kirchhoffsches Gesetz
	Planck'sches Strahlungsgesetz
	Stefan-Boltzmannsches Gesetz
	Wien'sches Strahlungsgesetz
	Rayleigh-Jeansches Strahlungsgesetz
	Pyrometrie

Apparatives:

Die Thermosäule

	Die Thermosäule enthält am Ende des in sie eingearbeiteten Metalltrichters eine geschwärzte Scheibe. Auf dieser liegen 16 Thermoelemente. Dies sind Bändchen aus Konstantan und Manganin, die mit Silber zusammengelötet und vorderseitig mit Ruß geschwärzt sind. Jedes Band ist etwa 0.5 mm breit und 5 µm dick. Die Lötstellen liegen auf dem senkrechten Durchmesser der Fläche, während die Enden der Bändchen an dickere Kupferstäbe gelötet sind, so daß ihre Temperatur konstant und gut definiert ist. Der Innenwiderstand der Thermosäule beträgt ungefähr 10 Ohm und die Empfindlichkeit ca. 0.16 mV/mW. Man behafte diese Werte mit einem Fehler von +/- 20%
	Bei Bestrahlung entsteht in der Thermosäule eine thermoelektrische Spannung, die mit dem Meßverstärker und dem Vielfachmeßinstrument gemessen wird. Die Thermosäule ist sehr empfindlich, da in Folge der geringen Wärmeleitfähigkeit der dünnen Bändchen deren Temperatur bei der Bestrahlung verhältnismäßig hoch ansteigt.
	Die Thermosäule ist mit einer Schutzkappe versehen, die zu Beginn der Messung abgenommen wird und nach Beendigung des Versuches unbedingt wieder aufgesetzt werden muß!!!

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(c) Experimentelle Physik, Universität Ulm 04. Dezember 2001
V.i.S.d.P.: Othmar Marti, Experimentelle Physik, Universität Ulm
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