В данной работе для опытов с тепловым излучением используются: источник света Л, реостат R, вольтметр V, амперметр А, источник тока Е и оптический пирометр ОППИР - 017 с источником постоянного тока Е для питания эталонной лампы (рис.3).
Оптический пирометр ОППИР - 017 принадлежит к числу пирометров монохроматического типа с исчезающей нитью переменного накала. В пирометрах с исчезающей нитью используется метод сравнения яркости эталонного тела. Схема пирометра дана на рис.4
Основной частью пирометра является зрительная труба с объектом 2 и окуляром 6. В фокальной плоскости объектива получается изображение поверхности наблюдаемого тела, в этой же плоскости расположена нить эталонной лампочки4. В окуляре одновременно наблюдается изображение поверхности тела и нити эталонной лампочки. Узкий спектральный участок выделяется из общего светового потока с помощью светофильтра 5 /в нашей установке - красный светофильтр = 0,610 мкм/. Нить эталонной лампочки питается током от аккумулятора 1. Яркость накала нити можно регулировать путем изменения идущего по ней тока с помощью реостата 7.
Чем выше температура тела, тем больше яркость его изображения. Яркость же нити зависит от напряжения, подаваемого на нить и регистрируемого вольтметром 8. Для удобства определения температуры тел шкала вольтметра проградуирована в градусах Цельсия по абсолютно черному телу.
По шкале пирометра измеряют яркостную температуру .
Рис.4.
Между яркостной и действительной /истинной/ температурой тела Т существует зависимость :
(8)
где =0,650 мкм, -поглощательная способность тела.
Эта зависимость изображена на рис.5 и используется для определения температуры Т по измеренным значениям яркостной температуры
ХОД РАБОТЫ.
1. Включить пирометр в сеть, затем поворотом кольца реостата 7 пирометра по часовой стрелке довести накал нити эталонной лампы пирометра приблизительно до 1000ОС /по показаниям нижней шкалы прибора/.
2. Включить исследуемую лампу накаливания. Медленно перемещая тубус объектива 2, добиться четкого изображения исследуемой нити. Ток накала лампы изменяется реостатом R /рис.3/.
3. Изменяя яркость нити накала лампы пирометра путем поворота кольца реостата 7, добиться одинаковой яркости исследуемой нити и нити эталонной лампы пирометра в месте их пересечения.
4. Снять отсчеты яркостной температуры по пирометру и показания амперметра и вольтметра. Мощность, потребляемую исследуемой лампой, находят по формуле . Каждое измерение необходимо производить не менее 3-х раз, изменяя накал эталонной лампы пирометра и вновь отыскивая условие исчезновения нити.
5. Произвести не менее 7-9 отсчетов температуры нити через 100 2000С, изменяя накал нити реостатом R.
6. Результаты измерений занести в таблицу. Значения Т находятся по графику /рис.5/.
Таблица. | ||||||||||
№ п/п | Тя, К | I, А. | U, В. | Р, Вт. | Т, К. | aТ | s | Ds, | ||
Рис.5.
Примечание: диапазон изменения составляет 1200 2000О С.
При измерении температуры от 14000С до 20000С вводят ослабляющий светофильтр 3 и пользуются верхней шкалой пирометра.
7. Определить постоянную Стефана-Больцмана по 3-м последним значениям, используя формулу (7). Значение берется из приведенного графика (рис.3), а поверхность нити накала для нашего случая м2.
8. Найти среднее значение .
9. Вычислить погрешность результата измерения , считая, что основная погрешность связана с изменением температуры. Тогда
.
Погрешность при определении температуры пирометром ОППИР-017 составляет при t=1200 2000 0С, 0С.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.
1. Какое излучение называется тепловым и каковы его особенности?
2. Какие тела называются серыми и абсолютно черными?
3. Как формулируются законы теплового излучения?
4. Как распределяется энергия в спектре теплового излучения абсолютно черного тела в зависимости от и ?
5. Какие гипотезы положил Планк в основу вывода формулы для излучательной способности черного тела?
6. Каково устройство и принцип работы оптического пирометра с исчезающей нитью?
7. Что называется яркостной температурой?
8. Выведите формулу для определения постоянной Стефана-Больцмана.
ЛИТЕРАТУРА.
1. Трофимова Т.И. Курс физики. - М.: Высш.шк., 1985.
2. Савельев И.В. Курс общей физики, т.3. - М.: Наука, 1982.
3. Лабораторный практикум по общей физике. Под ред. Гершензона Е.М., Малова Н.Н. - М.: Просвещение, 1985.