Определение постоянной в законе Стефана-Больцмана с помощью оптического пирометра: Руководство к лабораторной работе № 10о (Оптика), страница 2

Метод измерений

Из формулы (2а)

                                          (2,б)

Для определения s по формуле (2,б) собирают цепь по схеме (рис. 1).

Рис. 1

Так как для определения температуры нагретого тела у нас используется оптический пирометр со шкалой, проградуированной на абсолютно черное тело, то в качестве абсолютно черного излучателя взята никелевая пластинка, окисленная поверхность которой имеет К = 0,85—0,96 » 1. Поверхность никелевой пластинки с одной стороны обозначим S. Тогда полная излучающая поверхность Ni пластинки будет 2S. Мощность тока в первичной цепи равна IU. Часть этой мощности идет на нагревание трансформатора, часть - на нагревание проводов и только 0,8 мощности идет на нагревание Ni пластинки. Следовательно,

или

                                  (2,в)

Измерения

Проверив цепь по схеме (рис.1), замеряют длину и ширину Ni пластинки и вычисляют S. По термометру определяют комнатную температуру t°С. Затем от сети в цепь подают напряжение. Постепенно увеличивая силу тока (реостатом или автотрансформатором), доводят нагрев Ni пластинки до красно-желтого каления, после чего оптическим пирометром определяют температуру пластинки t° С. Значение температур переводят в абсолютную шкалу.

Оптический пирометр

Оптический пирометр - прибор для измерения высоких температур. Его устройство основано на использовании изменения излучения тела с изменением его температуры.

Используемый в нашей работе оптический пирометр схематически изображен на рис. 2 и рис. 3.

                                             Рис. 2

                   Рис. 3

Сущность измерения температуры нагретого тела пирометром заключается в следующем. С помощью аккумулятора 7 в цепи пирометра создают ток, определенной величине которого соответствует определенная температура накала нити эталонной лампы 5 и, соответственно, определенная яркость ее свечения. Меняя реостатом 1 накал нити лампы, добиваются совпадения ее яркости с яркостью излучения исследуемого тела, после чего температуру нагретого тела отсчитывают по шкале гальванометра 2.

Порядок пользования пирометром

1.  Поворотное кольцо 1 (рис. 3) должно быть повернуто против часовой стрелки до упора. При этом стрелка гальванометра 2 должна находиться против нулевого деления шкалы.

2.  Поворотом кольца реостата по часовой стрелке доводят накал нити лампы до 900—1000° С.

3.  Направляют зрительную трубу на какую-либо темную поверхность и, приложив глаз к окуляру 3, рукой, медленно перемещают (слегка вращая) тубус окуляра до четкого изображения нити лампы.

4.  Выбрав предел измерения (у нас 800—1000° С), направляют зрительную трубу на Ni пластинку и, приложив глаз к окуляру, рукой медленно перемещают тубус объектива до тех пор, пока не будет видно изображение Ni пластинки совершенно четко одновременно с нитью лампы.

5.  Изменяя яркость нити лампы поворотом кольца реостата, добиваются исчезновения вершины дуги нити (или самой нити) лампы на фоне изображения Ni пластинки, после чего по соответствующей шкале пирометра отсчитывают температуру.

6.  Выключают ток поворотом кольца реостата против часовой стрелки до упора.

Указание

а) При измерении температур до 1200°С ослабляющий светофильтр 6 не вводят. Температуру в этом случае отсчитывают по верхней (или левой) шкале пирометра.

б) Лампа пирометра предназначена для работы при температурах, не превышающих 1400°С. При этом условии срок службы ее практически не ограничен. Нагрев нити свыше 1400°С ведет к изменению ее характеристики, т, е. нарушению градуировки пирометра. Поэтому при измерении температур свыше 1200°С и до 2000°С вводят ослабляющий светофильтр 6. Температуру в этом случае отсчитывают по нижней (или средней) шкале.

в) При измерении температур в пределах 800—900°С допустимо не вводить красный светофильтр. Видимость и условия исчезновения нити при этом улучшаются, однако вносится дополнительная погрешность от нехроматичности, так как гальванометр пирометра отградуирован на монохроматические красные лучи.

Найденные значения I, U, S, То и Т подставляют в формулу (2в) и вычисляют s. Проделав опыт 3 раза, определяют среднее значение s.

Значение величин, используемых в работе, заносят в таблицу:

№ п.п.	S	I	U	T0	T	s	sсред

ЛИТЕРАТУРА

1. Фриш С. Э. и Тиморева А. В. Курс общей физики, т. III.

2. Путилов К. А, Курс физики, т. III.

3. Чечулин А. А. Оптика, элементы атомной и ядерной физики.

4. Майсова Н. Н. Практикум по курсу общей физики.

5. Кортнев А. В., Рублев Ю. В., Куценко А. Н. Практикум по физике.

6. Руководство к оптическому пирометру ОППИР-09.