Лабораторный практикум по оптике, содержащий описание 21 лабораторной работы, страница 48

P=IU                                          (16.18)

На основании закона сохранения энергии, приравняем (16.17) и (16.18):

P = UI=σS(T ⁴–T ⁴₀)                            (16.19)

Так как излучение нихромовой нити отличается от излучения абсолютно черного тела, то в выражении вводится поправка в виде коэффициента а, соответствующая так называемому "серому" телу. Из соотношения (16.19) находим постоянную Стефана-Больцмана, используя измеренную яркостную температуру:

,                              (16.20)

где S = πdl – площадь поверхности нихромовой проволоки.

Пренебрегая для сильно нагретого тела, температурой окружающей среды, можно определить зависимость расходуемой мощности от температуры тела следующим образом. По определению  – суммарная энергия, излучаемая с единичной площади в единицу времени: .

Применим закон Стефана-Больцмана: .

Приравняв последние два выражения, имеем:

Отсюда расходуемая мощность .

Прологарифмировав, получим следующее выражение:

                        (16.21)

где Р = IU – потребляемая мощность; Т_я – яркостная температура;
σ' = σS.

Из (16.21) следует, что зависимость логарифмов измеренных величин –– линейная.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Оптический пирометр ОПИР-17 с исчезающей нитью (рис. 16.3) состоит из зрительной трубы 1, корпуса 2, шкалы 3, окуляра 4, реостата 5. В фокусе зрительной трубы находится эталонная лампочка накаливания.

Зрительная труба наводится на резкую видимость раскаленной проволоки так, чтобы нить лампочки своей верхней частью пересекла проволоку.

Лампа оптического пирометра питается от специального блока питания постоянного напряжения, э.д.с. которого - 2,4 В. Оптическая схема пирометра приведена на рис. 16.4.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

По мере возрастания температуры любого накаленного тела яркость его свечения увеличивается, а цвет изменяется.

Последнее означает, что с изменением температуры процентное соотношение лучей различных длин волн, испускаемых накаленным телом и определяющих цвет излучения, из­меняется.

Если сравнить различные удельные мощности излучения всегда в одних и тех же монохроматических (т. е. одноцветных) лучах или (что то же самое) в лучах одной и той же длины волны, то эти мощности будут зависеть от температу­ры накаленных тел.

Зависимость между удельной мощностью излучения (мощ­ностью, излучаемой единицей поверхности тела в единицу времени), длиной волны излучения (цветом излучения) и температурой излучателя определяется законом Планка.

Между тем закон Планка полностью справедлив только для так называемого абсолютно черного тела, представляю­щего собой воображаемый идеальный излучатель, развива­ющий наибольшую принципиально возможную при данной температуре мощность излучения.

Мощность излучения всех реальных физических тел по-разному отличается (в зависимости от разных длин волн) от мощности излучения абсолютно черного тела, оставаясь всегда меньше последней при прочих равных условиях.

Поскольку мощность излучения реального тела при ка­кой-то температуре всегда меньше мощности излучения аб­солютно черного тела при той же температуре, то, оценивая температуру по монохроматической яркости, нельзя опреде­лить действительную температуру реального физического тела. Вместо нее всегда определится относительно меньшая, так называемая яркостная температура, до которой надо на­греть абсолютно черное тело для того, чтобы его монохро­матическая яркость была равна соответствующей фактичес­кой яркости реального физического тела.

От яркостной всегда можно перейти расчетным путем к действительной температуре, если только известно отноше­ние монохроматических яркостей данного реального физи­ческого тела и абсолютно черного тела для выбранного цве­та излучения и нужного интервала температуры, т. е. если известен коэффициент монохроматической излучательной способности (так называют указанное соотношение ярко­стей) .

Итак, разбираемый оптический метод измерения темпе­ратуры накаленных тел сводится к измерению их монохро­матической яркости.