Экспериментальная установка. В качестве излучающей поверхности используется вольфрамовая нить лампы накаливания, Схема питания лампы накаливания приводится на рис1.

В качестве излучающей поверхности используется вольфрамовая нить лампы накаливания, Схема питания лампы накаливания приводится на рис1.

Питание лампы осуществляется от выпрямителя ВС-24М (используются клеммы переменного тока с напряжением до 30В). Изменение тока производится с помощью регулятора напряжения прибора. Потребляемая электрическая мощность определяется ваттметром типа Д-522 или по измеренному току и напряжению.

рис. 1

При стационарном режиме (когда T ₂=const.) мощность, которая излучается источником, должна быть равна мощности, которая подводится к нагревателю. Мощность, подводимая к нагревателю, состоит из двух частей: электрической мощности W _Э и мощности излучения W ₁, которую получает лампа от окружающих тел, имеющих комнатную температуру Т₁: W ₁= A s T ₁⁴ S (S - площадь поверхности нити, А - коэффициент теплового излучения).

Мощность, потребляемая лампой, в основном преобразуется в тепловое излучение: W ₂= А s Т ₂⁴ S, (T ₂ - температура нити лампы накаливания), потерями за счет теплообмена через газ и контакты пренебрегаем. Тогда:

W ₂= W ₁+ W_э, W_э = А (Т ₂⁴- Т ₁⁴) Ss. (7)

Предполагается, что А не зависит от температуры.

рис. 2

Для измерения яркостной тем-пературы Т₂ используется оптический пирометр с исчезающей нитью (ОПИИР-09). Схема пирометра представлена на рис.2 Объектив 1 дает действительное изображение нити накаливания Н в плоскости, где расположена нить пирометрической лампы 2.

Изображение нити Н и нить лампы 2 одновременно рассматриваются через линзу 3 окуляра. За окулярной линзой находится светофильтр 4 с эффективной длиной волны 650нм и диафрагма 5. Введение и удаление светофильтра осуществляется вращением рифленого кольца на окуляре. Яркость нити накаливания регулируется с помощью поворотного кольца реостата R₁. Подбирается такая яркость нити 2, чтобы ее изображение на фоне изображения нити Н "исчезало"; затем производится отсчет по стрелке электроизмерительного прибора 6. Шкала этого прибора градуируется в градусах Цельсия. На приборе имеется две шкалы: одна для измерений в интервале температур 700-1400°С (при введенном красном светофильтре), другая для интервала 1200-2000°С (при введении дополнительного светофильтра 7 между объективом и пирометрической лампой). Лампа пирометра 2 питается от специального источника. Рамка 8 электроизмерительного прибора включается параллельно нити накаливания лампы через дополнительное сопротивление R₂.

Если источник света отличается от черного тела, определяемая таким образом температура (она называется яркостной температурой), отличается от истинной. Для определения истинной температуры надо знать отношение яркости исследуемого тела для длины волны 650нм и яркости абсолютно черного тела (для той же длины волны). Это отношение всегда меньше единицы и зависит от температуры, длины волны вещества и состояния поверхности излучающего тела.

Истинную температуру Т _И можно определить из соотношения: , где с ₁= h ^. c / k =1,432см ^. град (для длины волны 650нм), Т _Я - яркостная температура.

Некоторые значения a_lT приводятся в таблице:

Во время работы оптическая ось пирометра и поверхность нити Н устанавливаются перпендикулярно друг другу. Шкала измерительного прибора должна быть расположена вертикально. При подготовке прибора к работе окуляр устанавливается таким образом, чтобы было видно глазом четкое изображение нити лампы пирометра. Затем перемещением объектива пирометра добиваются четкого изображения поверхности светящегося тела. После этого приступают к измерениям температуры.

Адания

1.Построить график зависимости истинной температуры от яркостной температуры для вещества, используемого в работе.

2.Построить график зависимости электрической мощности W_Э от разности температур (). Определить угловой коэффициент.

3.Для определения постоянной Стефана-Больцмана необходимо рассчитать произведение А ^. S. С этой целью предварительно определяется электрическая мощность, потребляемая лампой, температура нити накаливания, например, по изменению ее сопротивления от температуры, при 20°С сопротивление нити R=0,40 Ом. Для данной лампы A ^. S =40мм². Оценить погрешность.

4.Рассчитать постоянную Планка.

5.Начертить ход лучей в пирометре.

Bопросы

1.Что такое спектральная плотность энергетической светимости (излучательная способность)?

2.Как устроен оптический пирометр для измерения яркостной температуры?

3.Что такое яркостная температура?

4.Как производится подготовка оптического пирометра к измерениям?

5.Почему при расчете постоянной Стефана-Больцмана нельзя использовать формулу (4)?

Литература

1.И.В.Савельев. Курс общей физики. 1979г., т.3, гл. 1, 2.

2.Г.С.Ландсберг. Оптика. 1976г.§§164-202.

3.Д.В.Сивухин. Общий курс физики. Оптика. 1985г., т.5, гл.Х.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: