Data Studio. Blackbody.ds

Transcript

1 מדידות בקרינה של גוף שחור Data Studi שם קובץ הפעלה: Blackbdy.ds חוברת מס' 11 כרך : אופטיקה פיזיקלית ופיזיקה מודרנית מאת: משה גלבמן

2 מדידות בקרינה של גוף שחור Data Studi מטרה בתרגיל מעבדה זה נחקור את תלות עוצמת הקרינה של גוף שחור באורך הגל, בטמפרטורות שונות. גם אם לא נתעמק בתיאור המתמטי של העקומות השונות שנקבל במהלך התרגיל, חשוב מאד לאפשר לתלמידים לעקוב אחר הסוגיות שחשיבותם הייתה מכרעת בהתפתחות הפיזיקה המודרנית. הכישלון במציאת הסבר לתופעות שנחקור במהלך התרגיל הביא לשינוי מרחיק לכת בתפיסת מהות הקרינה האלקטרומגנטית ובכלל והוביל לפיתוח תורת הקוונטים. תיאוריה רקע היסטורי (מתוך "נושאים בפיסיקה של המאה העשרים", המחלקה להוראת המדעים, מכון ויצמן למדע ( מודל הפוטונים הוצע לראשונה ע"י הפיסיקאי הגרמני מקס פלאנק ב (הוא לא קרא לחלקיקי האור "פוטונים" אלא "קוונטים"). השם פוטונים הוצא רק בשנת 196, במאמר נשכח של ג' לואיס Lewis) ( מברקלי בכתב העת המדעי. Nature פלאנק ניסה במשך שנים רבות לפתור חידה שהעסיקה את הפיסיקאים בזמנו. חידה זו קשורה לקרינה האלקטרומגנטית הנפלטת מגופים חמים כמו חוט להט של נורה, גחלת או ברזל מלובן. נמצא כי הספקטרום של קרינה זו, המכונה "קרינת חום", הוא ספקטרום רציף, המשתנה עם הטמפרטורה, ותלוי רק מעט מאוד בסוג החומר המקרין: לשני חומרים שונים באותה טמפרטורה יש ספקטרום קרינת חום דומה מאוד. תופעה זו בולטת במיוחד כאשר קרינת החום נוצרת בתוך חלל סגור, או תנור, שדופנותיו מצויות בטמפרטורה קבועה, ונפלטת מבעד לחור קטן בדופן. הפיסיקאים במאה ה 19 מצאו שהספקטרום של קרינה זו, והאנרגיה הכללית הנפלטת מיחידת שטח של הדופן ביחידת זמן, אינם תלויים בחומר שממנו עשויות הדפנות, או בצורת החלל, אלא בטמפרטורה בלבד. הם קראו לקרינה זו בשם "קרינת גוף שחור" גוף הבולע את כל הקרינה הפוגעת בו. חלל סגור שבו נקב קטן מתנהג כגוף שחור, משום שהקרינה החודרת מבחוץ דרך הנקב, מוחזרת פעמים רבות בין הדפנות ונבלעת לבסוף כולה, גם אם הדפנות אינן בולעות קרינה באופן מושלם. 14

3 כל הנסיונות להסביר את צורת הספקטרום ואת התלות שלו בטמפרטורה בעזרת התיאוריה האלקטרומגנטית הקלאסית של האור, נכשלו. והנה בשנת 1900 הצליח פלאנק לפתח נוסחה שהסבירה באופן מושלם את הספקטרום של קרינת הגוף השחור. הצלחתו נבעה מכך שהוא הניח כי האור לא נפלט ונקלט באופן רציף, אלא במנות. התאמת נוסחת פלאנק לספקטרום שנמדד בניסוי הצריכה את ההנחה כי האנרגיה של מנת (חלקיק) אור בתדר ν היא. hν = 6. h - הקבוע של פלאנק. j כאשר sec בשנת 1905 הראה איינשטיין כי בעזרת ההנחה של פלאנק אפשר להסביר את האפקט הפוטואלקטרי (תרגיל "האפקט הפוטואלקטרי מדידת "). h/e הפיסיקאי הגרמני ויין ) Wien ( Wilhelm עסק גם הוא, בשנים בבעיות הקרינה של גוף שחור. ויין חקר את התפלגות קרינת החום בטמפרטורות שונות. הוא ניסח את חוק ההעתקה בדבר תלות אורך הגל של שיא האנרגיה של הקרינה בטמפרטורה המוחלטת. לחוק שלו נמצא אחר כך אישור ניסויי מדוקדק. כאשר בודקים את הקשר בין עוצמת הקרינה לבין אורך הגל בספקטרום הרציף של קרינת חום, מתברר כי לכל טמפרטורה מתאם אורך גל אשר משדר את הקרינה בעוצמה מרבית (גרף לדוגמה). ההתאמה בין עוצמת הקרינה המרבית לבין אורך הגל, תלויה רק בטמפרטורה ולא בסוג λ max החומר החם הפולט את הקרינה. המשוואה שקושרת את אורך הגל בעבורה מתקבלת קרינה בעוצמה מרבית בטמפרטורה מוחלטת T, ידועה בשם חוק ויין: 15

4 RR λ T = cnst. max cnst. = m K השטח שמתחת לעקומה מציגה את ההספק הכולל המוקרן, והוא פרופורציונלי לחזקה הרביעית 3 של הטמפרטורה המוחלטת. אם נסמן ב גוף שחור, נקבל: 4 W K את הספק האנרגיה המוקרן על ידי יחידת שטח של R = σ T σ = m "שולמן" ציוד לימודי רח' מקווה-ישראל 10 ת"ד 1039 ת"א נוסחה זו ידוע בשם חוק סטפן בולצמן, כי היא פותחה בדרך אמפירית בשנת 1879 על ידי יוסף סטפן, וחמש שנים לאחר מכן הוסקה בדרך תיאורטית על ידי לודויג בולצמן. ויין לא הצליח להסביר את התפלגות הקרינה של גוף שחור. כישלונו היה לגורם מפרה בפיסיקה העיונית: הוא הביא את פלאנק לפיתוח הנוסחה הראשונה של תורת הקוונטים של הקרינה. מדידת אורך הגל בעזרת מנסרה במהלך התרגיל נשתמש במנסרה שבסיסיה הם משולשים שווה צלעות. לפיכך, הזווית בין פאות המנסרה היא 60. נתאר את מהלך קרן האור העוברת דרך שתי פאות של המנסרה ) תמונה 1). תמונה 1 במערכת הניסוי, הזווית θ מתארת את הסטייה של הקרן הנשברת מהקרן הפוגעת. הזווית בין האנכים לפאות המנסרה היא 10. לפי כך ניתן לכתוב : (1). θ + θ = 60 3 נשתמש בחוק סנל Snell) ( לתיאור שבירת הקרן דרך שתי הפאות של המנסרה : 16

5 0 () sin 60 = n sinθ (3). sin( θ ) = n sin( θ3 ) (4). sin( θ) = n sin(60 θ ) (5). sinθ = n מצירוף המשוואות (1) ו (3) נקבל: נעזר בנוסחה הטריגונומטרית של ההפרש: ( sin 60 csθ sinθ 60 ) sin cs לאחר החלפת הפונקציה cs בפונקציה נקבל : 1 ( 1 sin θ ) sinθ cs 60 sinθ = n sin 60 נכניס את מקדם השבירה n לתוך הסוגריים הגדולות ולתוך השורש הריבועי, ונקבל: 1 (6) sin( θ) = sin(60 )[n n sin ( θ )] n sin( θ )cs(60 (7). sin( θ) = sin(60 )[n sin (60 )] נציב במשוואה (6) מתוך משוואה () נקבל: 1 sin(60 )cs(60 נחלץ את n ממשוואה (7) ונקבל: ) ) (8) n = sin( θ) ( + cs(60 )) + sin sin(60 ) (60 ) 1 = 0 cs 60 נקבל: 1 (9).. n = sinθ + 3 +, sin 60 0 = ולאחר הצבה: מקדם השבירה תלויה באורך הגל. נסמן פונקציה זו ב n(λ) (n תלוי ב - λ). התלות בין מקדם השבירה לבין אורך הגל, מתוארת על ידי משוואה הידועה בשם משוואת קושי Cauchy) ( : A (10). n( λ) = + B λ משוואה (9) מאפשרת למדוד את מקדם השבירה באורכי גל שונים. התיאור הגרפי של תוצאות המדידה מאפשר לאמוד את הפרמטרים A ו B שמופיעים במשוואה (10 ) כשאורכי הגל של הקרינה ידועים. יש לבצע מדידות אילו פעם אחת עבור המנסרה המשמשת למדידת אורך הגל. זהו תהליך כיול המנסרה. 17

6 (1 "שולמן" ציוד לימודי רח' מקווה-ישראל 10 ת"ד 1039 ת"א להלן תוצאות המדידה של מקדם השבירה עבור אורכי גל שונים אשר בוצעו על ידי היצרן (טבלה טבלה 1 להלן התיאור הגרפי של התוצאות הנתונות בטבלה (גרף 1). גרף 1 קו המגמה Inverse Square Fit מתאר את הפונקציה: 18

7 RR "שולמן" ציוד לימודי רח' מקווה-ישראל 10 ת"ד 1039 ת"א A y = B x + לפיכך, הפרמטרים של קו המגמה A ו B מייצגים את הפרמטרים של משוואת קושי (משוואה 10). בדיוק של שלוש ספרות משמעותיות, הפרמטרים הם: A = B = (11) λ = A n B נבודד את λ מהמשוואה 10) ( : לאחר הצבת ערך הפרמטרים של A ו B ואת הביטוי של n ממשוואה (9) נקבל : (1).. λ = sinθ משוואה (1) מאפשרת לחשב את אורך הגל λ עבור זווית סטיה θ מדודה. מדידת הטמפרטורה של מקור האור בגוף שחור את טמפרטורת הנורה ניתן לחשב אם ידועה התנגדותה בטמפרטורת החדר. התנגדות הנורה נתונה על ידי המשוואה: (13) R = R 0[1 + α 0 (T T0 )] במשוואה (13) מציין את מקדם הטמפרטורה. חוט הלהט של הנורה עשוי ממתכת בשם α 0 טונגסטן (tungsten). המקדם α0 עבור טונגסטן : R 0 = 0. 94Ω α = (14). T = T 1 [ ] K 0 + R R 0 α 1 0 פתרון משוואה (13) לפי T נותן : הטמפרטורה נמדדת במעלות קלווין שהם מעלות צלסיוס ניקח עבור טמפרטורת החדר.. T התנגדות הנורה בטמפרטורת החדר (עלפי המדידות שערכנו) היא 0 = 300 K את ההתנגדות מקבלים בעזרת חוק אום, על ידי מדידת המתח והזרם. לאחר הצבה במשוואה (14) נקבל: 19

8 ת( משוואה v i 1 (15). T = (15) "שולמן" ציוד לימודי רח' מקווה-ישראל 10 ת"ד 1039 ת"א מאפשרת את חישוב הטמפרטורה של חוט הלהט באמצעות מדידה של המתח והזרם. עקרונות המדידה בספקטרופוטומטר מנסרה השוני בין ספקטרומטר לבין ספקטרופוטומר הוא בכך שבספקטרומטר מקבלים את התמונה על רשתית העין או על סרט צילום, ובספקטרופוטומטר משתמשים בגלאי שממיר את עוצמת האור למתח חשמלי. בספקטרומטר מקבלים את התמונה הצבעונית של הספקטרום. לעומת זאת, בספקטרופוטומטר מקבלים את התפלגות עוצמת האור בזוויות שונות. בשני המכשירים, אורך הגל נמדד על ידי מדידת זווית הסטייה של קרן האור. אין הבדל בין מערכות המדידה כשמשתמשים במנסרה למדידת אורך הגל לבין מערכת המדידה כשמשתמשים בסריג עקיפה. השוני הוא כמובן בקשר המתמטי בין זווית הסטייה לבין אורך הגל (תמונה ). תמונה בתרשים הסכמתי (תמונה ) ניתן להחליף את המנסרה בסריג עקיפה מבלי לשנות את המרכיבים האחרים. אחת הפאות של המנסרה מחוספסת. למנסרה. האור הנופל על הדופן המחוספסת מתפזר ואינו חודר הזוויות בין פאות המנסרה. 60 את המנסרה יש לכוון כך שזווית הפגיעה של הקרן תהיה 60 (הזווית בין כיוון הקרן הפוגעת לבין האנך לדופן המנסרה תמונה ). במקרה זה, θ מונה ) מודדת את סטיית הקרן מהכיוון המקורי. שני יתרונות יש למדידה באמצעות במנסרה על מדידה באמצעות סריג עקיפה: הזווית 0

9 .1. "שולמן" ציוד לימודי רח' מקווה-ישראל 10 ת"ד 1039 ת"א במדידה באמצעות סריג עקיפה קיימת חפיפה של תחום הקרינה האינפרא אדומה בספקטרום מהסדר הראשון, עם הספקטרום מהסדר השני. במנסרה מתקבל ספקטרום בהיר יותר, הועיל ואנרגיית הקרינה לא מתפזרת בין הסדרות השונות של הספקטרום. מסיבות אלה, בחרנו לבצע את המדידות של ספקטרום הגוף השחור בעזרת מנסרה. הגוף השחור חלל סגור על ידי מכסה ובתוכו נורת להט, משמש גוף שחור (תמונה 3). הנורה מקבלת אספקת מתח דרך מגבר הספק Amplifier) ( Pwer המחובר לממשק. את טמפרטורת הנורה ניתן לשנות על ידי שינוי המתח. בצד הקדמי של המכסה נמצא חלון קטן שדרכו משודרת הקרינה מחלל הנורה. תמונה 3: גוף שחור המתקן המתואר בתמונה 3, מייצג בצורה טובה גוף שחור. חישן אור למדידת אינפרא אדום Sensr) ( Infrared חישן האור (תמונה 4) מגיב לתחום רחב של אורכי גל. אנחנו נרצה למדוד את הספקטרום של הגוף השחור בתחום האינפרא אדום. כדי למנוע חדירה של אורכי גל קצרים יותר לחישן, מתקינים לפני חלון החישן מסנן אור המעביר רק קרינה אלקטרומגנטית באורכי גל גדולים יותר מאורך הגל של האור האדום. 1

10 תמונה 4: חישן אור א. ב. לחישן שלוש דרגות הגברה Gain) ( ולחצן בשם Tare (תמונה 4 מבט מלמעלה ). הלחיצה על הלחצן Tare קובעת את עוצמת האור הנוכחית כרמה אפס. אם עוצמת האור המגיעה לחישן מתחזקת, החישן מפיק מתח חיובי. אם עוצמת האור נחלשת, החישן מפיק מתח שלילי. החישן יכול להציג את תוצאות המדידה באחד משתי האפשרויות: מדידת עוצמה יחסית באחוזים (ביחס לעוצמה המרבית שהחישן יכול למדוד). מדידת מתח פרופורציונאלי לעוצמת האור. כאשר החישן נמצא במקומו, חשוב מאוד ללחוץ על הלחצן מבטיחה נקודת ייחוס משותפת לכל המדידות. Tare לפני כל מדידה חדשה. פעולה זו מדידת זווית הסטייה של הקרן זרוע חישן האור מותקנת על לוח מעלות (תמונה ( 5 ויכולה להסתובב יחד עם הלוח. תמונה 5: שולחן סיבוב חישן האור

11 בעזרת המחוג ניתן למדוד (בדיוק לא רב) את זווית הסיבוב של החישן (בתמונה 5 לא מוצגת כל אורך זרוע החישן, ולכן חישן האור לא מופיע בתמונה). דיוק המדידה של כל ספקטרומטר תלוי בכושר ההפרדה של הסריג או המנסרה וברמת הדיוק של מדידת זווית הסטייה של הקרן. חשוב מאוד כי הדיוק במדידת זווית הסטייה לא יהיה קטן מכושר ההפרדה בין אורכי גל שונים. לשיפור משמעותי בדיוק מדידת זווית הסטייה, נעזרים בחישן סיבוב. הציר של חישן הסיבוב צמוד בצורה קפיצית אל לוח המעלות. הקוטר של לוח המעלות גדול פי 60 בערך מהקוטר של ציר חיישן הסיבוב. מסיבה זו, כאשר לוח המעלות מבצע סיבוב אחד או, 360 חיישן הסיבוב מבצע 60 סיבובים. כאשר חישן הסיבוב מבצע סיבוב אחד, לוח המעלות מסתובב ב - 6. במצב של מדידה רגישה, חישן הסיבוב מבצע זוהי רזולוציה גדולה מאוד מדידות בכל סיבוב. מכאן הרזולוציה של מדידת הזווית תהיה: = תהליך המדידה תמונה 6 מתארת את התרשים הסכמתי של מערכת המדידה. תמונה 6: העמדת מערכת הניסוי המתקן, שמאפשר לבחור סדקים ברחבים שונים, נמצא אחרי מקור הקרינה של הגוף השחור. הסדק נמצא במישור המוקד של עדשה מכנסת היוצרת אלומה צרה של קרניים מקבילות (עדשת קולימטור תמונה 6) הפוגעות בדופן החלק של המנסרה. המנסרה מותקנת על תושבת המכוונת בכיוון מאונך לקרניים המקבילות. במצב זה, זווית הפגיעה של הקרן בדופן המנסרה תהיה 60. כאשר מסובבים את לוח המעלות, תושבת המנסרה שומרת על כיוון קבוע. 3

12 אלומת הקרניים שמכילה אורכי גל שונים, נשברת במעבר דרך המנסרה בזוויות שונות, בהתאם למקדם השבירה של כל אורך גל. עדשה מכנסת נוספת, ממקדת את הקרניים הנשברות בזוויות השונות ויוצרת את תמונת הספקטרום (תמונה ). כאשר מסובבים את הזרוע שעליה מותקן חישן האור, מתבצעת סריקת הספקטרום על ידי החישן. הרכבת מערכת המדידה מרכיבים את מערכת המדידה עלפי (תמונה 6). כאשר מרכיבים את המערכת בפעם הראשונה, רצוי להעזר בהוראות היצרן על הפרטים הטכניים של ההרכבה. חבר את מגבר ההספק לכניסה אנלוגית C של הממשק (תמונה ). 7 תמונה 7: חיבור החישנים.(8 חישן המתח מחובר לכניסה אנלוגית B וחישן האור לכניסה אנלוגית. A חישן הסיבוב מחובר לכניסה דיגיטלית 1 (צהוב) ו (שחור). הנורה שבגוף השחור מחוברת בעזרת זוג מוליכים ל Output Signal חישן המתח מחובר במקביל לנורה. הזרם נמדד באופן אוטומטי על ידי המערכת. של המגבר (תמונה תמונה 8: מגבר הספק 4

13 כאשר המגבר מופעל, נורת הבקרה דולקת. השליטה על המתח נעשית דרך מסך המחשב בעזרת החלון Signal Generatr (תמונה ). 9 הלחיצה על מתג On מדליקה את הנורה והלחיצה על Off מכבה את הנורה. אם בוחרים במתג,Aut "שולמן" ציוד לימודי רח' מקווה-ישראל 10 ת"ד 1039 ת"א הנורה נדלקת כאשר מפעילים את המדידה וכבה כאשר עוצרים את המדידה. כל לחיצה על המתג (+) מגדילה את המתח בוולט אחד, והלחיצה על מתג (-) מקטינה את המתח בוולט אחד. תמונה 9: חלון שליטה על הזנת הנורה הכנה לקליטת הנתונים.1 כיוון המערכת האופטית. כוון את מרכז עדשת הקולימטור למרחק 9.5 ס"מ בדיוק מהחריץ ואת עדשת המיקוד למקום הקרוב האפשרי למנסרה. הדלק את הנורה ע"י לחיצה על המתג On הנמצא בחלון Signal 10). קרן האור העוברת מתחת למנסרה נותנת על המסך תמונה חדה של V (המתח Generatr החריץ. ניתן לבצע תיקונים על ידי הזזה קטנה מאד של עדשת הקולימטור. סובב את זרוע חישן האור בכיוון המחוג של לוח המעלות. הספקטרום. ודא כי על המסך מקבלים תמונה בהירה וחדה של על המתקן הצמוד לגוף השחור, בוחרים בחריץ שמספרו 4. למעבר האור לחישן, בוחרים בחריץ שמספרו 4. (1). תבנית. הכנה למדידת זווית הסטייה של הקרן. לחישוב אורך הגל יש למדוד את זווית הסטייה של הקרן ולהציב אותה במשוואה החישוב של המשוואה (1 ר) שומה בחלון Calculatr (תמונה 10). הסבר הנוסחה לחישוב אורך הגל: filter(min,max,x) - היא פונקציה של המערכת שמטרתה לסנן נתונים שאינם שייכים לתחום המדידה. במדידת אורכי הגל בתחום האינפרא אדום, מצפים כי תוצאות החישוב של אורכי הגל יהיו בין 0 לבין 8000 ננומטר n.m) ). כל תוצאה מקרית שאינה שייכת לתחום המוגדר, נזרקת מרשימת הנתונים. 5

14 13900 מציין את הקבוע A במשוואה של קושי, כפי שחישבנו בפרק תיאוריה מציין את הקבוע B במשוואה של קושי, כפי שחישבנו בפרק תיאוריה. תמונה 10: עדכון הפרמטרים בחלון החישובית מחליף את הביטוי במשוואה (1). 3 - ) angle ( initial זווית התחלתית שיש למדוד אותה (ראה הסבר בהמשך ). Init Angle זווית משתנה שנמדדת על ידי חישן הסיבוב (בערך מוחלט). Rati קבוע המציין את היחס בין רדיוס לוח המעלות לבין רדיוס ציר חישן הסיבוב שצמוד ללוח המעלות. הסבר למדידת זווית הסטייה: זווית הסטייה של הקרן נמדדת על ידי ההפרש בין זווית התחלתית קבועה ) Init ( לבין הזווית המשתנה.(Angle) כזווית התחלתית נבחר בזווית המרבית שהזרוע עם חישן האור יכולה להסתובב, עד שהזרוע נעצרת עלי יד המחוג של לוח המעלות. את הזווית הזאת יש למדוד כפעולת הכנה, ולעדכן את הקבוע Init בחלון. Calculatr מדידת הזווית ההתחלתית Init) ): הצג את חלון הפלט Digits1 (תמונה ). 11 6

15 תמונה 11 הדלק את הנורה באמצעות המתג. On סובב את לוח המעלות לנקודת האפס. בצע תזוזה קלה נוספת של לוח המעלות, עד אשר פס האור מתלכד בדיוק עם חריץ המעבר לחיישן האור. הפעל את המדידה ע"י לחיצה על "Start" (תמונה 1 ). סובב את זרוע חיישן האור עד שהוא נעצר ליד המחוג. תמונה 1: שורת בקרה ראשי רשום לפניך את התוצאה המוצגת בחלון הפלט. Digits1 עדכן את הקבוע Init בשתי הנוסחאות שבחלון : Calculatr מדידת אורך הגל Wavelength) ( ובמדידת הזווית המעודכנת:.( Actual Angular Psitin) תמונה 13: תצוגת הזווית ההתחלתית כאשר מסובבים את לוח המעלות מנקודת ההתחלה בכיוון האפס, המשתנה Angle מציג את זווית הסיבוב של ציר חישן הסיבוב. ההפרש בין הזווית ההתחלתית Init לבין הזווית המשתנה Angle מציג את זווית הסטייה של הקרן לפי המדידה של חישן הסיבוב. כדי לתרגם את המדידה 7

16 Rati (היחס בין הרדיוסים) והביטוי Init Angle Rati (ברדיאנים). כוון את ההגברה של חיישן האור (Gain) ל 100. נותן את זווית הסטייה של הקרן קליטת הנתונים סובב את הזרוע עם חישן האור לנקודת התחלה V בחלון Signal Generatr (תמונה 9) (עבור המדידה הראשונה). בחר בחר במתח. באפשרות הפעלה. Out על המסך מוצג הגרף Light Intensity vs Wavelength הפעל את המדידה על ידי לחיצה על Start (תמונה ) לחץ על הלחצן Tare שעל חיישן האור. אל תשכח לבצע פעולה זו, לפני כל מדידה חדשה!. 4 סובב בעדינות רבה את הזרוע עם החישן עד לגמר הסריקה של הספקטרום בתחום האינפרא 5. אדום (תחום זה לא נראה על המסך). במידה והמדידה לא עלתה יפה, בטל את ההרצה, וחזור על המדידה שנית. הערה: הספקטרום הנחקר נמצא בתחום זוויות קטן. מסיבה זו, תנועת היד לסריקת הספקטרום חייבת להיות עדינה מאוד ותמיד בכיוון אחד. המדידה נעצרת אוטומטית כאשר אורך הגל הנמדד גדול מ - m n גרף : עוצמת האור כפונקציה של אורך הגל, בטמפרטורות שונות 6. הדפס בשורה המציינת את מספר ההרצה ואת המתח המתאים להרצה הנוכחית בחלון ה.Data. 7 חזור על הפעולות מ 1 עד 6 עבור מתחים של. 8 V, 6V, 4V, V ארגן את הגרף לצורה אופטימלית והדפס אותו (גרף ). 8. הצג את הגרף של התפלגות עוצמת האור כפונקציה של זווית הסטייה. 9 8

17 .( Light Intensity vs Actual Angular Psitin) 10. הבא את הגרף לצורה אופטימלית והדפס אותו (גרף 3). גרף 3: עוצמת האור כפונקציה של זווית הסטייה בטמפרטורות שונות. 11 הצג את הגרף (גרף 4) של הטמפרטורה כנגד הזמן Bulb) ). Temperature (K) f גרף 4: טמפרטורה כנגד הזמן בהרצות השונות 1. הדפס את הגרף (גרף 4). עיבוד הנתונים הצג את גרף הטמפרטורה על המסך. בעזרת קורא הקואורדינטות (תמונה 14) מדוד בדייקנות את הטמפרטורה המתאימה לכל הרצה..1 9

18 תמונה 14: שורת הבקרה של הגרף רשום על יד כל עקומה את הטמפרטורה המתאימה. הצג על המסך את הגרף של התפלגות עוצמת הקרינה כפונקציה של אורך הגל. מדוד בעזרת קורא הקואורדינטות את אורכי הגל המתאימים לעוצמת אור מרבית. רשום על יד נקודת שיא את אורך הגל.. חשב את ההעתקה (הזזה) של אורכי הגל בעוצמת קרינה מרבית בין הטמפרטורה הנמוכה ביותר לבין הגבוהה ביותר של המדידות..3 לבדיקה אמפירית של חוק ההעתקה של ויין, חשב את המכפלות של הטמפרטורה באורך הגל שבעוצמת קרינה מרבית. את אורכי הגל יש לרשום במטרים (יש להכפיל את אורך הגל הנתון (10 9 ב - נהיה מרוצים אם נקבל עבור המכפלות את התוצאה (במקום (. בגלל אי דיוק ניכר במדידת הטמפרטורה. 3 הצג על המסך את הגרף של התפלגות עוצמת הקרינה כפונקציה של הזווית. מדוד את הזוויות (בעזרת קורא הקואורדינטות) המתאימות לעוצמת קרינה מרבית בטמפרטורות שונות. חשב את ההפרש בין הזוויות שקיבלת לטמפרטורה הנמוכה ביותר והגבוהה ביותר. הפוך את הזווית שחישבת למעלות..5 מדוד בקירוב את ההפרש בין המדידה. חשב את התוצאה במעלות. הזווית הגדולה ביותר והקטנה ביותר המתאימות לתחום.6 האם התוצאה שקיבלת ב 6 מסבירה את הקושי בביצוע המדידות?.7 הצג על המסך רק את הגרף המתאר את המדידה עבור מתח הפעלה של 6 וולט. מדוד את שתי הזוויות המתאימות לעוצמת קרינה הנתונה בגרף על ידי מתח של 0.5 וולט. העזר בנוסחה (1) וחשב את אורכי הגל המתאמים לזווית אלה. תוצאת החישוב נותן לך בקירוב את רוחב הספקטרום שסרקת..8 30

19 מה היה השינוי בתפיסת מהות הקרינה האלקטרומגנטית, שבגינה הצליח פלאנק לתאר תיאור עיוני מושלם את העקומות שקיבלת במהלך התרגיל, שהם: עקומות הקרינה של גוף שחור?.9 נספח המשוואות של פלנק U U ( υ, T ) ( λ, T ) 3 8πhυ = 3 c e 8πhc = 5 hc λ e 1 λkt 1 hυ kt 1 1 k = [ JK 3 1 h = [ ] 34 Js ] k קבוע בולצמן h קבוע פלנק c = 3 10 [ ms 8 1 c מהירות האור ] המכשירים הדרושים לביצוע התרגיל 1. Science Wrkshp 750 Interface CI-7565A (Pasc). Pwer Amplifier II CI_655A (Pasc) 3. Educatinal Spectrphtmeter System OS-8359 (Pasc) 4. Prism Spectrphtmeter Kit OS-8544 (Pasc) 5. Vltage Sensr CI-6503 (Pasc) 6. Patch Crds (x 75 cm) 31