Схема экспериментальной установки и методика измерений.

      Схема экспериментальной установки приведена на Рис.1. На передней панели находятся:

-двухканальный измеритель температуры (2) типа 2ТРМО, подключённый к хромель--копелевой термопаре;

- универсальный вольтметр (1) типа MY-67 с автоматическим переключением пределов измерений;

- тумблёр электропитания установки (3);

- разъёмы (V) для подключения вольтметра (1);

-тумблёр (5) для переключения вольтметра на измерение падения напряжения на образцовом сопротивлении (Uо) и напряжения на вольфрамовой проволоке (Uн).         На Рис.2 приведена принципиальная схема рабочего участка, электрическая схема питания и измерений. Нагреваемая вольфрамовая проволока-нить (7) находится в цилиндрическом стеклянном баллоне (8) с двойными стенками, между которыми находится вода. Воздух из внутренней трубки откачен до давления 10^{-5 мм. рт.ст. Температура стенки этой трубки Т}₂ считается равной температуре воды циркулирующей между двойными стенками и постоянной в течение опыта. Она определяется хромель-копелевой термопарой (9), соединённой с измерителем температуры (2). Баллон с нитью укреплен в модуле (6), который находится на лабораторном стенде. Электропитание к вольфрамовой проволоке подводится внутри установки от источника питания (4). Последовательно с вольфрамовой проволокой включено образцовое сопротивление (Rо) для определения величины электрического тока в цепи по измеренному значению падения напряжения на Ro. Для измерения напряжения на вольфрамовой проволоке U_R и напряжения на образцовом сопротивлении U_o к разъёмам V подключается мультиметр (1).

Расчетные формулы.

       В основе калориметрического метода лежит уравнение для результирующего потока излучения с поверхности вольфрамовой проволоки:

                                (1)

где e₁ – интегральный коэффициент теплового излучения вольфрамовой нити; с_о – излучательная способность абсолютно чёрного тела. Поскольку площадь поверхности вольфрамовой проволоки мала по сравнению с площадью поверхности оболочки (F₁ <<  F₂), формула содержит только искомое значение e₁.Предполагается, что тела серые и поэтому e₁  = А₁. Для определения e₁ необходимо измерить температуру проволоки Т₁ и температуру стенки внутренней стеклянной трубки Т₂ (в шкале Кельвина) и определить плотность потока излучения с поверхности проволоки.

   Е = Q/(p dl),                                     (2)

где Q = U_R (U_o/R_o); d – диаметр вольфрамовой проволоки; l – длина проволоки.

       Температура вольфрамовой проволоки определяется по формуле:

t₁ = ,                                   (3)

T₁ = (273.15 + t₁ ), К,

где:

-R_ОН - сопротивление вольфрамовой проволоки при t₁ =0 C;

- R_t  = U_R / I – сопротивление проволоки при данной температуре, где I = U_o/R_o;

-a - температурный коэффициент сопротивления вольфрама.

       При отсутствии данных для R_ОН (сопротивление нити при tн =0 ^oC;) используются данные для R_НК при комнатной температуре t_K (измеряется R_НК мультиметром при отключённом нагревателе). При этом формула (3) для расчёта температуры вольфрамовой проволоки приобретает вид

 

   , ^ОC                    (4)               

 

Порядок выполнения работы.

 Перед выполнением работы измерить мультиметром (в режиме измерения сопротивления) электрическое сопротивление вольфрамовой проволоки R_HK  при комнатной температуре t_K.

1. Записать данные установки, условия опыта.

2. Убедиться в том, что все приборы выключены. Повернуть регулятор напряжения блока питания против часовой стрелки до упора. Включить стенд тумблером (3). Включить Источник питания (4), мультиметр (1) и измеритель температуры (2).

3. Определить (задаёт преподаватель) значения напряжений, при которых проводятся измерения. Рекомендуемые значения напряжений, устанавливаемые на блоке питания: 6, 8, 10, 12, 16 вольт.

4. Переключить тумблер (5) в положение U_Н. Установить первое значение напряжения на нити, следя за показаниями вольтметра. Произвести отсчет напряжения на нити Uн₁.

5. Переключить тумблер (5) в положение U_o. Произвести отсчет напряжения на образцовом сопротивлении U_o1.

6. Определить температуру стенки трубки t₂ по показаниям измерителя температур (2).

7. Пункты 4 и 5 повторить для следующих значений напряжений, устанавливаемых на нити.

8. Убрать напряжение на нити. Выключить приборы и стенд.

 

5. Данные установки и таблица результатов измерений.

Диаметр вольфрамовой проволоки              d₁ = 0,15 мм.                                 

Внутренний диаметр трубки                         d₂ = 8 мм. 

Образцовое сопротивление                           Ro = 0,3 Ом.                        

Сопротивление нити R_НК при t_K C     ________________(измерить перед опытом).

При t_K = 23,4 C, R_НК = 1,6 Ом.  

Температурный коэффициент сопротивления вольфрама

a = (3,9 – 4,5)10^-3 , 1/К.

Длина нити                  l = 450 мм.

 

Таблица измеренных величин.

 

№ п/п	t1,С	Т1,К	T2,С	Т2,К	UR,B	Uo,мВ	I, A	Q,Вт
1
2
3
4
5

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8.