熱輻射綜合教學實驗平臺設(shè)計

摘 要 本文設(shè)計了一個用于熱輻射相關(guān)研究的綜合性教學實驗平臺，可以研究常見材料的熱輻射特性，驗證斯蒂芬玻爾茲曼定律、輻射反平方定律、蘭貝特余弦定律和基爾霍夫定律等熱輻射基本定律。該實驗平臺具有功能多、精度高、成本低、操作簡單等優(yōu)勢，實現(xiàn)了實驗過程的自動控制和對實驗數(shù)據(jù)的自動采集，并借助計算機技術(shù)進行數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化，使得實驗結(jié)果更加直觀。該實驗平臺可以用于大學物理實驗和創(chuàng)新設(shè)計性實驗教學。

關(guān)鍵詞 熱輻射;輻射熱流傳感器;輻射率;熱輻射定律;綜合實驗平臺

一切自身溫度大于絕對零度的物體都會向外發(fā)出熱輻射，熱輻射是唯一不需要介質(zhì)的傳熱方式[1，2]。熱輻射與熱力學、光學、電磁學關(guān)系緊密，也奠定了量子理論的基礎(chǔ)?；跓彷椛涞幕径?，人們發(fā)明的紅外測溫、紅外成像等熱輻射探測儀器在紅外隱身、導彈攔截、航空航天、搶險救災等領(lǐng)域應用廣泛[3]。

將熱輻射的基本定律納入大學物理實驗教學有較強的現(xiàn)實意義，但目前在國內(nèi)各高校開設(shè)的大學物理實驗中，熱輻射相關(guān)實驗較少，也鮮有物理實驗教學儀器公司制作熱輻射相關(guān)教學儀器[4]。文獻[5]利用國外廠家的實驗儀器設(shè)計了一套熱輻射基礎(chǔ)實驗，其實驗儀器價格昂貴、操作復雜、所涉及的熱學定律少，不利于在大學物理實驗教學中大規(guī)模使用。

針對以上問題，本文設(shè)計了一套低成本的研究熱輻射基本定律的多功能綜合性實驗平臺。該實驗平臺不僅可以很好地驗證斯蒂芬玻爾茲曼定律、輻射反平方定律、蘭貝特余弦定律、基爾霍夫定律等熱輻射基本定律，還可以研究常見材料的熱輻射特性。通過采用 PID 控溫儀和數(shù)據(jù)采集器，該平臺實現(xiàn)了儀器的自動控溫、計算機自動采集數(shù)據(jù)及實時數(shù)據(jù)顯示，使得實驗結(jié)果更加直觀，操作更加便捷。