Поскольку спираль является серым телом, поглощается лишь часть этой энергии, равная a0 s T04 S. С другой стороны, количество излученной энергии определяется температурой самой спирали и за 1 сек составит величину asT4S (см. формулу (3)). По закону сохранения энергии имеем
asT4S = UI + a0sT04S.
Откуда
s = (6)
Если Т >> Т0, то членом a0 T04 можно пренебречь, и постоянная Стефана-Больцмана определится из формулы
s = (7)
В настоящей работе использована вольфрамовая спираль с площадью рабочей поверхности S = 0,70·10–4 м2. Спираль нагревается в интервале 800-1200°С. Для этого интервала температур можно принять a = const = 0,4. Комнатная температура (20-25°С) значительно ниже температуры спирали. Это обусловливает достаточно хорошее выполнение формулы (7).
Описание экспериментальной установки
Схема включения спирали электролампы в электрическую цепь, подсоединенную к вторичной обмотке понижающего трансформатора, приведена на рис. 1. Сила тока через лампу и напряжение на ней регулируются с помощью реостата R и измеряются амперметром и вольтметром. Температура раскаленной спирали измеряется оптическим пирометром с исчезающей питью.
|
 |
Оптическая схема и общий вид пирометра изображены, соответственно, на рис. 2 и 3, где: 1 - объектив зрительной трубы пирометра, 5 - окуляр, 3 - эталонная лампа, нить которой питается от источника тока через реостат и миллиамперметр (располагается в фокальной плоскости объектива).
Наблюдатель, смотрящий в окуляр 5, видит нить пирометрической лампы на фоне изображения источника излучения. Резкость изображения достигается с помощью вращения винта 7 и оправы окуляра 5.
Между объективом и пирометрической лампой помещен набор поглотителей светового потока 2, которые предназначены для расширения диапазона измеряемых температур. Поглотители помещены в специальную кассету и могут поочередно ставиться на пути света, идущего из объектива. Смена поглотителей производится с помощью вращения рифленого кольца в нижней части пирометрического блока. Степень ослабления зависит от положения кольца. Так, если мы видим на кольце одну черную точку, то это значит, что поглощения света нет. Если нам видны две черные точки, то поток ослаблен примерно в 2 раза. Когда снаружи находятся три точки - поток ослабляется примерно в 10 раз.
Между окуляром и лампой пирометра расположена кассета светофильтров 4 для получения монохроматического света.
Сила тока пирометрической лампы измеряется и регулируется с помощью, соответственно, амперметра и реостата, расположенных рядом с прибором.
При правильной установке прибора в середине поля зрения окуляра видна спираль исследуемой лампы. Точно в центре поля зрения видна круглая диафрагма окуляра и вершина нити эталонной лампы, находящаяся примерно на середине диафрагмы (рис.4). Определение температуры сводится к сравнению монохроматической яркости излучающего тела с яркостью эталона - нити лампы пирометра. Изменяя силу тока в пирометрической лампе, доводят ее яркость до совпадения с яркостью измеряемого объекта (нить исчезает на фоне изображения тела).
Рис. 4
В момент "исчезновения" нити по шкале амперметра производят отсчет силы тока Iпир в пирометрической лампе, для которой известна зависимость температуры нити от силы протекающего по ней тока. С использованием данной зависимости по величине Iпир в момент уравнивания яркостей нити и изображения объекта определяется температура объекта.
Если излучающее тело является абсолютно черным, то пирометр покажет его истинную температуру, так как шкала пирометра проградуирована по абсолютно черному телу. Если излучающее тело не является абсолютно черным (наш случай), то пирометр покажет так называемую яркостную температуру Тя, которая отличается от истинной. Яркостная температура совпадает с истинной температурой абсолютно черного тела, имеющего такую же яркость излучения, как у исследуемого объекта. Истинная температур тела Тибудет выше яркостной. Это легко понять. Яркость излучения одинакова у черного и нечерного тела, а излучательная способность при одной и той же температуре у черного тела выше. Значит, чтобы давать одинаковую с черным телом яркость излучения, нечерное тело должно быть нагрето до более высокой температуры и, следовательно, Тя < Ти .
Зависимость между указанными температурами определяется формулой (8). (Вывод приведен в [5])
Ти = (8)
где A = const; l – длина волны излучения, пропускаемого установленным светофильтром, a – поглощательная способность вольфрама для исследуемого интервала температур.
Порядок выполнения работы
Приступая к работе, следует помнить, что приборы – оптический пирометр и блок питания лампы – не допускают грубого обращения. Поэтому работать нужно крайне аккуратно. Категорически запрещается передвигать приборы, а также прилагать большие усилия к рукояткам и винтам.
1. Ознакомиться с измерительными приборами (рис. I) и устройством пирометра (рис. 2).
2. Получив разрешение лаборанта, включить вилку питания в сеть переменного напряжения.
3. Плавным перемещением ползунка реостата R исследуемой лампы установить на амперметре ток I = 3,4 А и измерить по вольтметру напряжение U .
4. Замкнуть цепь пирометрической лампы, включив блок питания в сеть.
5. Глядя в окуляр 5 пирометра (рис. 2)с помощью винта 6 добиться правильного расположения вольфрамовой спирали исследуемой лампы и пирометрической нити в поле зрения окуляра.
6. Сфокусировать изображение вольфрамовой нити с помощью винта 7. При этом должно быть видно резкое изображение диафрагмы.
7. Вращая оправу окуляра 5, добиться резкого изображения пирометрической нити.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.