實驗8：熱力學實驗 2011/12/6.

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1 實驗8：熱力學實驗 2011/12/6

2 實驗A：熱輻射_實驗目的 觀察熱輻射現象：物體表面材質、顏色、粗糙度和 熱源溫度對熱輻射的影響。
驗證點熱源平方反比定律：熱輻射強度與距離的關 係。 驗證史蒂芬-波茲曼定律：熱輻射強度與溫度的關 係。

3 實驗前之預備知識 何謂史蒂芬-波茲曼輻射定律(Stefan-Boltzmann Law)及其適用範圍
預測物體表面材質、顏色、粗糙度和環境溫度對熱 輻射的影響

4 實驗儀器

5 儀器介紹及注意事項_熱輻射體 結構：腔體有四個不同的輻射表面：(i)精密拋光的鋁面、(ii)噴砂處理的鋁面，(iii)噴黑漆的面、(iv)塗成白色的面。 使用方法：量測腔體內部的熱電阻值，再根據換算表換算腔體 內之燈泡溫度。

6 熱輻射體之溫度與電阻值換算表

7 儀器介紹及注意事項_熱感應器 感應器前端的兩凸出端點作用為(1)避免感應器和輻射源太過接近(2)固定感應器到熱輻射源的相對距離。
注意：感應器不使用時須將遮罩關閉。可使用隔熱板代替。

8 儀器介紹及注意事項_史蒂芬-波茲曼燈泡 注意：燈泡之電壓勿超過13V，否則會燒壞
使用方法：藉由調整輸入燈泡兩端的電壓，可使燈絲的溫度上升到接近3000℃；輸入的最大電壓值為13 V，最小電流量為2 A，最大電流量為3A。

9 實驗步驟_實驗1-1：不同材質表面的熱輻射效應實驗
1.打開熱輻射體的電源，預熱燈泡。 2.將功率調到5.0，當熱輻射體達到熱平衡時，即可開始量測。 等待熱平衡的時間長(約20~30分鐘)，可同時做下一個實驗。

10 實驗步驟_實驗2：點熱源之輻射平方反比定律
1.燈泡未輸入電源前，記錄背景輻射量。 2.打開直流電源供應器，輸出10V定電壓(不可超過13 V)。 3.改變熱感應器與燈泡間的直線距離，記錄在不同距離時，熱感應器偵測到之輻射強度。

11 實驗步驟_實驗3：高溫史蒂芬-波茲曼定律 1.加熱燈泡前，先量測室溫及燈泡的電阻Rref。
2.打開電源供應器，輸出1 V的定電壓。測量流經燈泡的電流I和熱輻射強度。測完後記得將隔熱板放回熱感應器和燈泡之間。 3.改變加熱燈泡的定電壓值(勿超過13 V)，重複上述步驟。

12 實驗B：熱引擎與氣體定律實驗_實驗目的 熱引擎實驗：藉著完成熱力循環的過程， 令氣體對 砝碼做功， 進而了解一些熱力過程及熱引擎的原 理。
查理定律：驗證體積V與溫度T的關係。 波以爾定律：驗證壓力P與體積V的關係。 Combined gas law ：驗證壓力P與溫度T的關係。

13 實驗前之預備知識 熱引擎作功原理 何謂波以爾定律、定容及定壓之查理-給呂薩克定 律

14 實驗儀器

15 儀器介紹及注意事項_熱引擎 熱引擎設備不可浸在任何液體中。 實驗完畢或不用時，一定要將連接管夾鬆開，避免造成永久性變形。

16 實驗步驟_實驗1：熱引擎實驗(卡諾循環) a→b：將200g砝碼放在活塞平台上，記錄b點的溫度。
b→c：將氣瓶從冷水移到熱水中，記錄c點的溫度。 c→d：將200g砝碼移開，記錄d點的溫度。 d→a：將氣瓶從熱水移回冷水中，記錄a點的溫度。

17 實驗步驟_實驗1：熱引擎實驗(卡諾循環) 注意事項： 1.熱水從熱水瓶中取水，水量為可浸滿氣瓶即可，熱水瓶三組共用一台，請依照分組號碼取水。
2.注意熱水瓶水位，若快取用完畢請通知助教加水避免空燒。 3.在裝置完成後，空氣即已完成密閉，不可再強拉或壓活塞。 4.實驗時，將長型抹布墊在冷熱筒下方，避免溢出的水灑滿桌面。實驗中若水不小心溢出，請隨時擦乾桌面。

18 實驗步驟_實驗2：查理定律(驗證體積V與溫度T的關係)
在熱筒裡加入適量冷水，至少調配出5個溫度。 注意事項：調配各種溫度時，每次加入少許冷水即可，若不小心水太滿須倒出，可先倒在集水桶裡。

19 實驗步驟_實驗3：波以爾定律(驗證壓力P與體積V的關係)
1.將熱引擎活塞拉到最高的位置，將壓力感應器接上管路的接口，將另一端的管路夾壓緊。 2.利用砝碼將活塞往下壓，記錄不同壓力下相對應的體積(砝碼最多加到200g)。

20 實驗步驟_實驗4：Combined gas law(驗證壓力P與溫度T的關係)
將氣瓶接上壓力感應器，放入熱筒裡，在熱筒裡加入適量冷水，至少調配出5種溫度，記錄相對應的壓力。 注意事項： 實驗完畢後務必將集水桶的水倒入水槽，桌子擦乾並擰乾抹布，將抹布披在桌子上。

21 實驗8組別分配 實驗A 、B輪流組別 熱水瓶使用分配 同一顏色區塊為相互輪流組別 紅色為熱水瓶放置位置 同一顏色區塊為一組