influence de la température sur l`intensité du
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1. La loi de Stefan Boltzmann dit que l nergie rayonn e totale d un corps noir augmente proportionnellement la 4 ME puis sance de sa temp rature T Plus exactement la radiation sp cifique M donc l nergie rayonn e totale rapport e la surface rayonnante d un c t de la surface est donn e par M T4 1 o 5 67 10 8 constante de Stefan Boltzmann m K4 Le corps noir absorbe en m me temps le rayonnement de l environnement Par cons quent il n est pas mesur l nergie rayonn e totale M mais la puissance M pr lev e du corps par rayonnement La puissance irradi e de l environnement est la suivante Mo o T 11 D o M 0 Tt T 11 Dans l exp rience on se sert d un four lectrique avec corps noir comme corps noir Le corps noir est constitu d un cylindre en laiton bruni et d un cran diaphragme Le cylindre en laiton ferm d un seul c t est introduit dans le four lectri que o il est chauff la temp rature voulue L cran dia phragme ventuellement susceptible d tre refroidi avec de l eau est plac devant le four de fa on ce qu il ne soit mesur que le rayonnement calorifique du cylindre en laiton bruni et non celui de la paroi ext rieure du four br lant La temp rature du cylindre en laiton se mesure avec une sonde de temp rature NiCr Ni Le rayonnement calorifique est mesur avec une pile thermo lectrique de Moll laquelle est rac2. Fixer les tuyaux en silicone la pompe de circulation et l cran diaphragme du corps noir de fa on avoir le c t alimentation au collier inf rieur et le c t coulement au collier sup rieur Remplir le r cipient avec de l eau et fixer en position verticale la pompe de circulation au bord du r cipient par ex avec la noix de fixation de telle sorte que l orifice d aspiration soit compl tement immerg sans pour autant d passer une profondeur maximale d immersion de 17 cm voir fig 2 pour toute autre possibilit de fixation veuillez vous r f rer au mode d emploi de la pompe de circulation Finalement Monterle four lectrique l cran diaphragme du corps noir et la pile thermo lectrique ainsi que repr sent sur la fig 1 de fa on ce que la tige de la pile thermo lectrique soit environ 15 cm devant l ouverture du four L cran dia phragme du corps noir doit tre environ 5 10 mm devant le four avec son c t m tallique tourn vers la pile ther mo lectrique Remarque La fen tre en verre de la pile thermo lectrique absorbe mieux un rayonnement longues ondes qu un rayonnement ondes courtes et fausse donc syst matiquement la mesure subordon n e la temp rature de l intensit du rayonnement Enlever la fen tre en verre de la pile thermo lectrique Raccorder la sonde de temp rature NiCr Ni au thermom tre num rique et l enfoncer jusqu au fond dans le pet
3. CN N 0706 Wit d LEYBOLD Optique Intensit lumineuse Lois du rayonnement Objectifs exp rimentaux LEYBOLD Fiches d exp riences de physique Loi de Stefan Boltzmann influence de la temp rature sur la mesure de l intensit du rayonnement d un corps noir M Mesure relative de l intensit du rayonnement d un four lectrique avec corps noir dans la gamme de temp rature allant de 300 750 K avec une pile thermo lectrique de Moll Repr sentation graphique de la relation entre l intensit du rayonnement et la temp rature absolue pour la confirmation de la loi de Stefan Boltzmann Principes de base Tous les corps mettent une radiation de temp rature ou rayonnement calorifique L intensit de ce rayonnement lec tromagn tique excitation thermique augmente au fur et mesure que la temp rature du corps augmente et d pend en outre de la surface de celui ci Pour une longueur d onde donn e le rayonnement calorifique mis par le corps corre spond au rayonnement qu il est susceptible d absorber On caract rise de corps noir un corps qui absorbe enti rement le rayonnement calorifique de n importe quelle longueur d onde C est Kirchhoff que revient la suggestion d utiliser un corps creux comme corps noir quasiment id al Le corps noir a le degr d absorption maximal et donc aussi le degr d mission maximal pour une temp rature et une longueur d onde donn es Lie
4. ation sur le bord du r cipient rempli d eau D abord Mesurer la temp rature du cylindre en laiton ainsi que la tension de sortie U de la pile thermo lectrique et noter les valeurs relev es UT Finalement Mettre le four en marche et attendre chaque fois une hausse de la temp rature d environ 25 C puis noter les valeurs mesur es de et U Pour une temp rature comprise entre 400 C et 500 C Arr ter le four attendre chaque fois une baisse de la temp rature d environ 25 C puis noter les valeurs mesu r es pour et U A une temp rature comprise entre 100 C etla temp rature ambiante enlever la sonde de temp rature du four mesu rer la temp rature ambiante et la noter Prot ger la pile thermo lectrique avec du carton contr ler le z ro du microvoltm tre et le noter P5 5 2 1 LEYBOLD Fiches d exp riences de physique Exemple de mesure et exploitation Tab 1 Valeurs mesur es au chauffage et au refroidissement KA T Tt To Ur Uu C K K4 mV mV 24 297 0 00 0 00 0 00 50 323 0 31 0 06 0 06 75 348 0 69 0 14 0 14 100 373 1 16 0 24 0 24 125 398 1 73 0 36 0 36 150 423 2 42 0 52 0 51 0 2 1 2 175 448 3 25 0 70 0 68 4 9 9 Tt Tt K4 200 473 4 23 0 91 0 89 225 498 5 37 1 16 1 13 Fig 3 Repr sentation de la tension de sortie U en fonction de T4 To4 Les cercles
5. cord un microvoltm tre La pile thermo lectrique comprend plusieurs thermo couples branch s en s rie Ses points de mesure absorbent presque toutle rayonnementincident a lors que ses points de r f rence restent temp rature ambiante La tension de sortie de la pile thermo lectrique caract rise donc l intensit du rayonnement M P5 5 2 1 Mat riel 1 four lectrique 230 V 555 81 1 corps noir 389 43 1 support pour four lectrique 555 84 1 thermom tre num rique 666 190 1 sonde de temp rature NiCr Ni 666 193 1 pile thermo lectrique de Moll 557 36 1 microvoltm tre 532 13 1 petit banc d optique 460 43 1 grand piedenV 300 01 4 noix Leybold 30101 1 pince universelle S 666555 C bles d exp rience Compl ments recommand s 1 pompe de circulation pour liquides 306 98 2 tuyaux en silicone int 7x1 5 mm 1 m 667 194 1 r cipient d eau env 10 Montage Remarques L intensit mesurer esttr s faible et par cons quent la mesure tr s sensible aux influences environnantes perturbatrices ne toucher en aucun cas la pile thermo lectrique avec la main durant la mesure Ne pas voluer proximit de la pile thermo lectrique et surtout pas devant celle ci Eviter les courants d air et les variations de temp rature am biante pendant la mesure Eviter le
6. correspondent au chauffage et les 250 523 6 70 1 43 1 41 triangles au refroidissement 275 548 8 24 1 75 1 72 l La fig 3 montre la tension de sortie U de la pile thermo lectri 300 573 10 00 2 11 2 07 que en fonction de l cart de la quatri me puissance de la temp rature absolue T du four et de la temp rature ambiante 325 598 12 01 2 50 2 46 absolue To Conform ment la loi de Stefan Boltzmann on 350 623 14 29 2 93 2 90 obtient une droite constitu e de points peu pr s bien align s Si on regarde de plus pr s on voit une d rivation de cette 375 648 16 85 3 42 3 38 droite adapt e auxquels contribuent les effets suivants La mesure avec la pile thermo lectrique est influenc e par 400 673 19 74 3 95 3 92 convection et par des pertes de rayonnement l environne i s98 SD de 1 de ment notamment lorsque la fen tre en verre a t enlev e Du 5 i gt reste il ne faut pas totalement exclure une hausse de la 450 723 26 55 5 17 5 17 temp rature des points de r f rence de la pile thermo lectri que pour une temp rature plus lev e du four LEYBOLD DIDACTIC GMBH Leyboldstrasse 1 D 50354 H rth Phone 02233 604 0 Telefax 02233 604 222 Telex 17 223 332 LHPCGN D by Leybold Didactic GmbH Printed in the Federal Republic of Germany Technical alterations reserved
7. it al sage central du cylindre en laiton bruni Fixer la sonde de temp rature avec la pince universelle S et mettre le thermom tre num rique en marche gamme de mesure gt 200 C Orienter les ouvertures du four de l cran diaphragme du corps noir et de la pile thermo lectrique de telle sorte que le rayonnement calorifique puisse incider directement dans l ouverture de la pile thermo lectrique Eventuellement mettre en route la pompe de circulation Conform ment la fig 1 brancher la pile thermo lectrique au microvoltm tre gamme de mesure 10 4 V pour cela relier la douille rouge de la pile thermo lectrique la douille rouge du microvoltm tre Compenser l offset en activant la touche Auto Comp ventuellement proc der un r glage de pr cision avec le potentiom tre pour amener l affichage num rique z ro voir mode d emploi du microvoltm tre LEYBOLD Fiches d exp riences de physique P5 5 2 1 2 cm 23cm J30 cm gt m V ICE 53213 J Fig 1 Montage exp rimental pour la confirmation de la loi du rayonnement selon Stefan et Boltzmann Les positions donn es se r f rent au c t gauche des noix Leybold sur le petit banc d optique Fig 2 Exemple de montage pour la fixation de la pompe R alisation de circul
8. s rayonnements perturbateurs prot ger ventuelle ment avec du carton Si besoin est assombrir la pi ce Remarques de s curit Danger de br lure la paroi ext rieure du four lectrique peut atteindre des temp ratures sup rieures 200 C M Eviter de se br ler avec le four tr s chaud Nefaire fonctionner le four que sur le support pour four lectrique MH Observer le mode d emploi du four lectrique La p n tration d eau dans le moteur de la pompe de circulation peut ventuellement provoquer un court cir cuit M Ne pas d passer une profondeur d immersion de 17 cm M Lorsque la pompe de circulation vient d tre utilis e ne pas la poser l envers alors qu elle est encore mouill e E Observerle mode d emploi de la pompe de circulation LEYBOLD Fiches d exp riences de physique Il peut survenir des rayonnements perturbateurs par l irradiation directe de la chaleur du corps dans la pile thermo lectrique la r flexion de rayonnement sur des surfaces bien r fl chis santes par ex sur des v tements de couleur clair des corps chauffants le soleil d autres sources lumineuses Il faut laisser chauffer le microvoltm tre pendant au moins 10 min avant de commencer l exp rience mettre le microvoltm tre en marche par activation de l inter rupteur secteur au dos de l appareil Le montage exp rimental est repr sent la fig 2 En cas d utilisation du refroidissement eau
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