Описание метода и лабораторной установки экспериментального исследования

Оптическим пирометром называют прибор для измерения температуры нагретых тел по интенсивности их теплового излучения в оптическом диапазоне спектра. Различают яркостные, цветовые и радиационные пирометры.

В данной работе используется яркостный пирометр. Такие пирометры обеспечивают наибольшую точность измерения температуры
в диапазоне 10²-10⁴ К.

В простейшем визуальном яркостном пирометре имеется специальная лампа накаливания, температуру нити которой можно измерять по величине тока накала. Через окуляр и красный светофильтр, выделяющий узкую специальную область около длины волны 650 мкм, нить рассматривается на фоне изображения исследуемого тела. Изменяя величину силы тока накала нити, добиваются, чтобы яркость нити и тела были одинаковыми, при этом прибор показывает так называемую яркостную температуру.

Яркостной температурой T _я называют температуру абсолютно черного тела, при которой его излучательная способность равна излучательной способности исследуемого тела , то есть

(11)

где T – истинная температура тела.

Из закона Кирхгофа и формулы (3.11) имеем

(12)

Так как для нечерных тел < 1, то < и, следовательно, T _я< T, то есть истинная температура тела всегда выше яркостной.

Зная поглощательную способность и яркостную температуру T _я, можно найти истинную температуру тела T на основе законов теплового излучения Кирхгофа и Планка по формуле

(13)

где C ₂ = 0,01488 м×К – постоянная Вина, – длина волны света, при которой проводились измерения яркостной температуры.

Схема лабораторной установки представлена на рис. 2.

В левой части рисунка изображена схема, питающая нить лампы накаливания 1, температуру которой следует измерить с помощью пирометра. Для измерения тока накала лампы служит реостат 2 (или трансформатор). Измерив силу тока I амперметром 3 и напряжение U вольтметром 4, можно рассчитать мощность тока

Рис. 2. Схема лабораторной установки

1 – лампа накаливания, 2, 9 – реостат, 3 – амперметр, 4, 10 – вольтметр, 5 – объектив,6 – окуляр, 7 – эталонная лампа, 8 – красный светофильтр, 11 – дымчатый светофильтр

При выполнении данной лабораторной работы можно считать, что

· для нити лампы накаливания = 1;

· потери тепла нитью происходят только путем лучеиспускания.

Следовательно, приравняв мощность тока к мощности теплового излучения, которая, согласно закону Стефана-Больцмана равна (S – площадь поверхности нити), получим

(14)

Из уравнения (14) имеем

(15)

Измерение температуры нити проводят оптическим пирометром.
В правой части схемы (рис. 2) между объективом 5 и окуляром 6 пирометра находится эталонная лампа 7 с дугообразной нитью накала. Изображения светящегося тела (нить лампы 1) и нити эталонной лампы 7 одновременно рассматриваются через окуляр 6. За окуляром 8 находится красный светофильтр 8 с эффективной длиной волны 0,65 мкм.

Яркость эталонной лампы регулируется кольцевым реостатом 9. При совпадении яркости эталонной лампы с яркостью исследуемого тела проводят отсчет по шкале вольтметра 10, которая предварительно проградуирована в градусах Цельсия.

Нить эталонной лампы недопустимо нагревать выше 1400 ° С. Поэтому на приборе имеются две шкалы: одна для измерения температуры в интервале 700-1400 ° С, другая – для интервала 1200-2000 ° С. При измерении температур, лежащих во втором интервале, следует ввести дымчатый светофильтр 11 между объективом и лампой, который ослабляет излучение исследуемых тел.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: