Кафедра прикладной механики, физики и инженерной графики

Кафедра прикладной механики, физики и инженерной графики

ФИЗИКА

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

САНКТ–ПЕТЕРБУРГ

2020

Министерство сельского хозяйства РФ

Санкт–ПЕТЕРбургский государственный АГРАРНЫЙ университет

 

Кафедра прикладной механики, физики и инженерной графики

 

ФИЗИКА

 

 

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

 

САНКТ–ПЕТЕРБУРГ

2020

УДК 53.01;53.03;53.072

ББК 22.3с;22.33;22.34

Ф 50

 

Рецензенты:

кандидат технических наук, доцент кафедры «Системный анализ и логистика» ФГАОУВО СПбГУАП Н.Н. Майоров;

доктор технических наук, профессор кафедры «Автомобили, тракторы и технический сервис» СПбГАУ А.П. Картошкин

 

Физика: лабораторный практикум / Составители: А.В. Сумманен, Е.А. Криштанов, А.В. Спирина, Л.П. Глазова. – СПб.: СПбГАУ, 2020. –160 с.

 

Рекомендован к изданию и публикации на электронном носителе для включения в информационные ресурсы университета согласно лицензионному договору Учебно–методическим советом СПбГАУ, протокол №3 от 28 ноября 2019 года

 

© Сумманен А.В., Криштанов Е.А., Спирина А.В., Глазова Л.П., 2020

© ФГБОУ ВО СПбГАУ, 2020

ВВЕДЕНИЕ

Физика в переводе с древнегреческого означает Природа. Этим названием довольно точно определяется и объект изучения современной физики. Она изучает наиболее общие и фундаментальные законы и закономерности материального мира.

Описывая окружающий нас мир, она дает ключи к пониманию законов движения и взаимодействия макроскопических тел. Количественные законы, установленные физикой, позволяют выполнить с необходимой точностью расчеты различных машин и механизмов, расчеты параметров средств связи и обработки информации.

Физические термины и законы широко используются в различных технических науках. Понятийный аппарат этих наук построен на фундаменте общей физики. Как правило, она включает в себя такие ключевые термины, как масса, сила, давление, импульс, работа, мощность, энергия, потенциал, сила тока и так далее. Обучающимся весьма трудно будет изучать технические дисциплины, не овладев основными законами и категориями физики. Как показывает анализ изобретательской и рационализаторской деятельности, именно законы физики являются неисчерпаемым источником новых идей и предложений, дающих иногда неожиданные результаты.

 

Ошибки прямых измерений

Прямым называется измерение, выполняемое непосредственно измерительным прибором, например, длины — линейкой или силы тока — амперметром. Если в ходе прямых измерений получено n значений измеряемой величины x ₁ , x ₂ ,..., x_n, то возникает вопрос: какое из этих значений ближе всего к истинному?

Наиболее вероятно, что ближе всего к истинному — среднее арифметическое этих измерений

 

                               (1)

 

Его в дальнейшем мы и примем за истинное значение, поскольку само истинное значение нам неизвестно. Затем находится отклонение каждого измерения от среднего арифметического

 

…..      (2)

 

Потом рассчитывается среднее отклонение

 

                              (3)

 

Далее среднее отклонение сравнивается с приборной погрешностью D x _пр и в качестве окончательной ошибки прямого измерения выбирается:

 

                                    (4)

 

Ошибка, найденная по формуле (4), называется абсолютной ошибкой прямого измерения. Для характеристики качества измерений вводят также понятие относительной ошибки

 

                                 (5)

Здесь под  мы понимаем истинное значение измеряемой величины. Относительная ошибка часто выражается в процентах

                 (6)

Типичные относительные ошибки, допускаемые в ходе лабораторного практикума, варьируются от единиц процента до примерно 20%. Окончательный результат прямого измерения записывается в виде^

 

        (7)

 

Запись (7) означает, что истинное значение х лежит в интервале

– D x £ x £ + D x. Это событие считается вероятным. Правда, само значение вероятности того, что х попадает в данный интервал, в элементарной теории погрешностей не оценивается. Существует более строгий подход к вычислению погрешностей, при котором указывается доверительный интервал, в котором лежит истинное значение и соответствующая ему доверительная вероятность. При этом необходимо принимать гипотезу о том или ином законе распределения случайной погрешности.

В погрешности D х при записи конкретного числа оставляют одну значащую цифру, в случае, если она равна единице, сохраняют две значащие цифры. Результат следует округлить до последней значащей цифры погрешности. Если есть общий множитель в виде степени числа 10, его выносят за скобку.

Например, время наступления некоторого события может быть записано в виде:

t = (l,95±0,13)×10³ c, при d t = 6,7%.         (8)

Напомним, что значащими являются любые цифры числа, кроме нулей в начале числа. В промежуточных вычислениях нужно учитывать минимум четыре значащих цифры.

Ошибки косвенных измерений

Косвенным называется измерение, полученное с помощью расчета по формулам. Например, объем куба можно найти по формуле V = а³, где а – ребро куба, измеряется непосредственно, а объем уже вычисляется. Пусть косвенное измерение у связано с прямым измерением x с помощью функциональной зависимости

у= f (x).                                         (9)

 

Рассмотрим теперь ошибки косвенных измерений в том случае, когда измеряемая величина является функцией от нескольких прямых измерений

у = f (a ₁,а₂,...,а _m). Здесь a ₁, a ₂,..., a_m  прямые измерения различных физических величин. Тогда, дифференцируя у, найдем

         (10)

где ∂ f/ ∂ a _i – частная производная от функции f по аргументу a_i. Другие аргументы при взятии частной производной по данному аргументу считаются постоянными.

Заметим, что при проведении конкретных численных расчетов, учитывая точность измерений в учебной лаборатории, необходимо на каждом этапе вычислений удерживать, как минимум, четыре значащих цифры. Для косвенных измерений выводится формула относительной погрешности.

 

Класс точности и оценка погрешностей электрических измерений. Все электроизмерительные приборы делятся по классу точности, значения которого могут быть: 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. Класс точности указывает, что погрешность показаний прибора в любом месте шкалы не должна превышать 0,1%, 0,2%, 0,5%, 1,0%,1,5%, 2,5%, 4,0% соответственно.

Максимальную (предельную) абсолютную погрешность прибора можно оценить по формуле:

,

где k – класс точности прибора; А′ – максимально возможное показание прибора на выбранной шкале.

Например, абсолютная погрешность измерения напряжения в 30 В вольтметром, класс точности которого 1,0 и предел измерения 100 В (А′ = 100), составляет

ΔU = 0,01∙100 = 1 В.

Относительная погрешность прибора будет тем больше, чем меньше измеряемая величина. Если, например, при помощи указанного вольтметра измерить напряжение 30 В, то относительная погрешность будет составлять:

%,

а при измерении напряжения 10 В – 10%.

При точных измерениях следует пользоваться такими приборами, чтобы предполагаемое значение измеряемой величины составляло примерно 75% от максимального значения.

Чувствительностью называется величина, равная отношению углового или линейного перемещения указателя прибора к измеряемой величине, вызвавшей это перемещение, т.е.

,

где  x – измеряемая величина; n – перемещение (число делений шкалы).

Пример. Если вольтметр рассчитан на напряжение в 2,5 В и шкала прибора имеет n = 50 делений, то чувствительность прибора равна:   

S = 50/2,5 = 20 дел/В.

Цена деления С является величиной, обратной чувствительности S:

.

В предыдущем примере С = 0,5 А/дел.

Пределы измерений. Значение измеряемой величины, при котором стрелка прибора отклоняется до конца шкалы, называется пределом измерений этого прибора. Электроизмерительные приборы могут иметь несколько пределов измерения. Необходимо помнить, что у многопредельных приборов цена деления на различных пределах будет различна, поэтому необходимо уметь определять цену деления, которая равна значению измеряемой величины, соответствующей одному делению прибора.

Пример. Амперметр с наружным шунтом имеет два предела измерений – 1,5 А и 3,0 А. Шкала имеет 150 делений. Цена деления в этих случаях будет равна 1,5:150 = 0,01 А/дел и 3,0:150 = 0,02 А/дел.

По принципу действия приборы могут иметь разные конструкционные системы.

Система определяется физическим явлением, которое положено в основу действия электроизмерительных приборов. Системы бывают магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, ферродинамические, индукционные, термоэлектрические, вибрационные, тепловые, детекторные, электронные, фотоэлектрические, электролитические, электростатические и др.

В наших учебных лабораториях в основном применяются измерительные приборы магнитоэлектрической и электромагнитной систем.

Магнитоэлектрическая система имеет условное обозначение, которое можно найти на панели прибора. Основана эта система на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита (u– образного) и магнитного поля рамки с током. Сила этого взаимодействия прямо пропорционально зависит от силы тока в рамке, связанной со стрелочным механизмом прибора. Такая измерительная система является высокочувствительной и высокоточной, но недостатком её является подверженность внешним электромагнитным полям. Кроме того, приборы этой системы работают только в режиме постоянного тока, что обозначается на панели прибора горизонтальной прямой.

Электромагнитная система имеет условное обозначение. В этой системе вместо постоянного магнита используется электромагнит, что снижает чувствительность, точность прибора, но даёт возможность использования его и в режиме постоянного, и в режиме переменного тока, что соответствует обозначению ~.

Контрольные вопросы

1. Как классифицируются ошибки физических измерений?

2. Ошибки какого типа чаще всего встречаются в учебной физической лаборатории?

3. Какие измерения называются прямыми?

4. Как определяется абсолютная погрешность прямого измерения?

5. Что такое относительная погрешность измерения?

6. Сколько значащих цифр надо оставлять в абсолютной погрешности прямого измерения?

7. Какие измерения называются косвенными? Приведите примеры.

8. Сколько значащих цифр надо удерживать в промежуточных вычислениях?

РАЗДЕЛ 1. Механика

 

ПО РАСТЯЖЕНИЮ ПРОВОЛОКИ

 

Цель paботы: исследование малого упругого продольного растяжения проволоки и определение модуля Юнга материала проволоки.

 

Описание установки

В состав экспериментальной установки, изображенной на рисунке 1.12, входят диск с кольцом, подвешенные к концу упругой проволоки, верхний конец которой жёстко закреплён. В первой части работы измеряется период крутильных колебаний одного диска (без кольца). При повороте диска на небольшой угол, в проволоке возникает вращающий момент, стремящийся вернуть систему проволока–диск в первоначальное состояние. При этом проволока и диск начнут совершать крутильные колебания, период которых будет определяться по формуле (1.55), где J – момент инерции диска относительно вертикальной оси, проходящей через его центр масс, k – коэффициент жесткости при кручении, зависящий от упругих свойств материала и геометрических параметров проволоки.

 

 

Рисунок 1.12 – Внешний вид лабораторной установки

 

     Если на диск положить толстое кольцо с моментом инерции J _к, то период колебаний системы относительно той же оси вращения будет равен:

 

,                        (1.56)       

где   J _к   – момент инерции кольца.

Возведя равенства (1.55) и (1.56) в квадрат и поделив первое на второе, получим рабочую формулу для определения момента инерции кольца:

 

                          (1.57)

 

Момент инерции диска J определяется по формуле:

 

,                             (1.58)

    где   m – масса диска (3,55 кг); R – радиус диска (0,141 м).

 

Методика определения момента инерции кольца

1. Повернуть диск на небольшой угол (8° – 10°), стараясь не нарушить горизонтального и вертикального положения диска, и отпустить его. Диск начнёт совершать крутильные колебания. Пропустить 3 – 5 колебаний и, когда диск будет находиться в одном из крайних положений, включить секундомер, отсчитать заданное преподавателем количество полных колебаний диска (n), выключить секундомер и записать время колебаний (t).

2. Повторить эксперимент не менее трёх раз.

3. Вычислить период колебаний диска по формуле: 

 

                                       (1.59)

 

4. Снять с кронштейна кольцо и установить его на диск так, чтобы оси кольца и диска совпали. Произвести измерение (t ₁) времени для заданного преподавателем (n ₁) количества колебаний. По формуле (1.59) вычислить период колебаний T ₁ диска с кольцом.

    5. Экспериментальные данные занести в таблицу 1.7

Таблица 1.7 – Результаты измерений и вычислений

№№	n	t,с	T,с	ΔT	n1	t1, c	T1,с	ΔT1
11	12	11,42			12	20,44
22	14	13,51			14	23,65
33	16	15,77			16	26,25
Средние значения		–			–	–

 

6. По формулам (1.58) и (1.57) определить моменты инерции диска и кольца соответственно. Значения массы и радиуса диска указаны на установке.

7. Определить теоретическое значение момента инерции кольца по формуле:

J _к.теор = ½ m _к (R ₁ ² + R ₂ ²),                   (1.60)

 

где   m _к – масса кольца (4,55 кг); R ₁ = 0,11 м. и R ₂ = 0,135 м. – внешний и внутренний радиусы кольца.

8. Зная теоретическое и экспериментальное значения моментов инерции кольца, определить относительную погрешность по формуле:

                    (1.61)

 

9. Вычислить относительную погрешность экспериментального значения по формуле:

 

   (1.62)

 

10.Сравнить результаты погрешностей, полученные по формулам (1.61) и (1.62). Dm=0,005 кг, DR=0,0005 м.

11. Вычислить абсолютную погрешность по формуле:

 

Δ J _к = J _{к ср} · δ J _{к эксп.}

12. Записать окончательный результат в виде:

 

J _к.эксп. =(J _{к эксп.ср} ± ΔJ_к) кг × м², при δJ _к = …%

 

Контрольные вопросы

1. Что называется моментом инерции материальной точки?

2. Что называется моментом инерции твердого тела?

3. В каких единицах измеряется момент инерции?

4. От чего зависит момент инерции тела?

5. Напишите выражения момента инерции некоторых однородных тел правильной геометрической формы относительно оси симметрии (шара, диска, кольца, стержня и т.д.).

6. Сформулировать основное уравнение динамики для твердого тела, вращающегося вокруг неподвижной оси.

7. Что называется периодом колебаний?

8. Как период колебаний связан с частотой колебаний?

9. В чем заключается сходство и в чем состоит существенное различие между массой тела и его моментом инерции?

10. Зависит ли момент инерции от геометрической формы тела?

11. Что называется моментом силы (вращающим моментом), в каких единицах он измеряется?

12. Что называется плечом силы?

 

Описание установки

Для определения показателя адиабаты воздуха используется установка, представленная на рисунке 2.2. Она состоит из двух блоков. В нижнем блоке находится рабочий металлический сосуд, емкостью 3,5 л, совмещенный с компрессором. Компрессор предназначен для создания добавочного давления в рабочем сосуде, он включается переключателем «Компрессор» (2), установленным на передней панели установки. Кран К1 (3) предотвращает сброс давления из рабочего сосуда после остановки компрессора. Пневмотумблер «Атмосфера» (4) позволяет на короткое время соединять рабочий сосуд с атмосферой.  Давление в колбе измеряется дифференциальным датчиком давления (5). В установке также предусмотрен контроль температуры (измеритель температуры 6) как внутри колбы, так и снаружи. Подключение установки осуществляется выключателем 1.

Рисунок 2.2 – Общий вид экспериментальной установки

 

При накачивании в рабочий сосуд некоторого количества воздуха с помощью компрессора давление и температура воздуха внутри сосуда повысятся. Вследствие теплообмена воздуха с окружающей средой через некоторое время температура воздуха, находящегося в баллоне, сравняется с температурой внешней среды t₁. При этом давление, установившееся в сосуде, равно

                                       p ₁ =р₀+ Δ р₁,

 

где   р₀ – атмосферное давление; Δ р₁ – добавочное давление.

Состояние воздуха внутри баллона (состояние 1) характеризуется термодинамическими параметрами: p ₁, V ₁ и t _1.

Если открыть на короткое время пневмотумблер «Атмосфера», то воздух в баллоне будет расширяться. Этот процесс расширения можно считать адиабатическим, т.е. протекающим без теплообмена с окружающей средой. При этом давление газа уменьшается и достигает атмосферного, температура также понижается (расширяясь, газ совершает работу против атмосферного давления за счет уменьшения внутренней энергии) и оказывается ниже комнатной. В конце адиабатического процесса (состояние 2) параметры воздуха будут p ₀, V ₂ и t ₂. Применяя к состояниям 1 и 2 уравнение Пуассона для адиабатического процесса, получим:

,                                    (2.10)

                                     (2.11)

Охладившийся при расширении воздух в сосуде через некоторое время вследствие теплообмена нагреется до температуры внешней среды t ₁: давление возрастет до некоторой величины:

                                          p ₂ = р₀+ Δ р₂,

где   Δ р₂ – новое добавочное давление.

Поскольку объём воздуха не изменится и останется равным V ₂, то состояние воздуха (состояние 3) характеризуется параметрами: p ₂, V ₂ и t _{1 .} Так как в 1 и 3 состояниях воздух имеет одну и ту же температуру, то p ₁ V ₁ = p ₂ V ₂:

 

(р₀+ Δ р₁)· V ₁ =(р₀+ Δ р₂) · V ₂,                            (2.12)

откуда:

                                                (2.13)

 

Возведя обе части уравнения (2.12) в степень γ:

 

                                        (2.14)

 

пользуясь выражениями (2.11) и (2.14), получим:

 

                                  (2.15)

 

Логарифмируя (2.15) и решая получившееся уравнение относительно γ, находим:

                                (2.16)

 

Так как давления р₀, р₀+р₁ и р₀+р₂ в условиях опыта мало отличаются друг от друга, можно показать, что разности логарифмов приблизительно равны разностям самих давлений:

,                                (2.17)

или

                                          (2.18)

Методика определения показателя адиабаты воздуха

1. Включить установку в сеть. Тумблером «Сеть» включить прибор, кран (К1) выставить в положение «Открыт».

2. С помощью компрессора поднять давление в ёмкости до показаний  9,00 – 10,00 кПа (индикатор давления 5), выключить компрессор и быстро кран (К1) перевести в положение «Закрыт».

3. Дождаться стабилизации давления (давление будет падать) на индикаторе давления. Показание датчика давления записать в таблицу 2.3 (графа Р₁).

4. Резко повернуть ручку «Атмосфера» (4) по часовой стрелке и дождаться стабилизации давления (давление будет расти) на индикаторе давления. Показания давления записать в таблицу 2.3 (графа Р₂).

Таблица 2.3 – ­­Результаты измерений и вычислений

№ опыта	D р1, кПа	D р2, кПа	γ	γср	∆γ	∆γср	δγ=∆γср/γср ∙100%
1	9,1	8,2
2	9,2	7,8
3	8,9	7,7
4	9,0	7,5
5	9,3	8,4

 

5. Кран (К1) перевести в положение «Открыт». Поворотом ручки «Атмосфера» по часовой стрелке сбросить давление.

6. Повторить эксперимент не менее 5 раз.

7. По рабочей формуле (2.18) вычислить показатель адиабаты для каждого опыта. Определить среднее значение показателя адиабаты, абсолютную и относительную погрешности.

8. Записать окончательный результат в виде:

 

γ = (γ_ср± Δγ), при δγ = … %

Контрольные вопросы

1. Сформулируйте и запишите первое начало термодинамики.

2. Что такое адиабатический процесс?

3. Запишите уравнение Пуассона.

4. Как практически может быть реализован адиабатический процесс? Приведите примеры адиабатического процесса.

5. Какие процессы называются изотермическими? Какие процессы называются изохорическими? Какие законы описывают эти процессы?

6. Сформулируйте определения удельной и молярной теплоемкостей.

7. Почему теплоемкость газа при постоянном давлении отличается от его теплоемкости при постоянном объеме?

8. Какие газовые процессы используются в данной работе?

9. Выведите рабочую формулу, выражающую γ.

10. Что называется числом степеней свободы и от чего оно зависит?

11. Как выражаются теплоемкости С_р и C_v через число степеней свободы молекул газа?

12. Как выражается γ через число степеней свободы?

РАЗДЕЛ 5. АТОМНАЯ ФИЗИКА

 

Закон Кирхгофа.

Для всех тел при данной температуре отношение испускательной способности к поглощательной способности есть величина постоянная, равная лучеиспускательной способности абсолютно черного тела e при той же температуре:

или                                                (5.1)

 

Закон Стефана–Больцмана

Полная лучеиспускательная способность абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его термодинамической температуры:

 

                                                                       (5.2)

 

где s = 5,67·10^–8 Вт/(м²·К⁴) – постоянная Стефана–Больцмана.

Закон Вина

Длина волны, соответствующая максимуму излучения абсолютно черного тела, обратно пропорциональна его термодинамической температуре:

 

                                                                    (5.3)

 

где b = 2,89·10^–3м·К – постоянная Вина.

 

 

СТЕФАНА–БОЛЬЦМАНА

 

Цель работы: Знакомство с работой пирометра, экспериментальное определение постоянной Стефана – Больцмана, расчет сопротивления нити накала и температурного коэффициента сопротивления нити накала исследуемой лампы.

Описание установки

Работа выполняется на установке, схема которой приведена на рис.5.1.

Энергия, потребляемая лампой, практически полностью расходуется на излучение, поэтому полную лучеиспускательную способность нити лампы накаливания можно выразить, используя закон Стефана – Больцмана, закон Кирхгофа и формулу для мощности тока ,следующим образом:

 

                        (5.4)

 

где S – площадь поверхности нити; – коэффициент поглощения (или лучепоглощательная способность) нити; Т_И – истинная температура нити.

 

Рисунок 5.1 – Схема экспериментальной установки

П – пирометр, Л – исследуемая лампа накаливания, Тр – ЛАТР (лабораторный автотрансформатор), Д – движок трансформатора, с помощью которого изменяют ток и напряжение в лампе.

Тогда на основании (5.4) получаем следующую рабочую формулу для определения постоянной Стефана – Больцмана:

 

                              (5.5)

 

Значение S = 2,84×10^–4м²,   А = 0,3, сила тока I и напряжение U в лампе накаливания измеряются соответственно амперметром и вольтметром, температура  накала нити измеряется в работе с помощью пирометра с «исчезающей нитью». Его схема приведена на рис.5.2. В фокусе объектива О₂ помещается эталонная электрическая лампочка с изогнутой нитью накала Н. Нить лампочки и совмещенное с ней (при помощи объектива) изображение поверхности источника излучения наблюдаются в окуляр О₁.

 

Рисунок 5.2 – Схема пирометра с «исчезающей нитью»

 

Реостат (на схеме обозначен R) служит для изменения напряжения накала нити пирометра, т.е. для изменения яркости ее свечения. Так как человеческий глаз очень чувствителен при определении контрастности светящихся тел, то, изменяя напряжение накала, можно добиться того, чтобы яркость нити сравнялась с яркостью излучающего тела. При этом нить пирометра «исчезает» на фоне поверхности источника излучения. При недостаточном накале глаз видит нить темной на фоне светящейся поверхности тела, при повышенном – светлой.

Гальванометр G имеет две шкалы, проградуированные в градусах Цельсия. При пользовании светофильтром Ф₁ (красным) температуру определяют по верхней шкале. Градуирован прибор по излучению абсолютно черного тела, т.е., если излучающее тело является черным, его температура непосредственно измеряется по шкале. Если же тело является нечерным, то по шкале пирометра получают не истинную температуру тела, а температуру такого абсолютно черного тела, яркость которого одинакова с яркостью исследуемого тела (в области пропускания светофильтра). Такую температуру называют яркостной температурой тела – Т_Я. В работе переход от измеренной по пирометру температуры Т_Я к истинной (термодинамической) T_И осуществляется по формуле:

                                   (5.6)

 

В работе могут быть определены по известным U, I и температуре, найденной с помощью пирометра, характеристики нити накаливания – сопротивление при t = 0⁰C и a – температурный коэффициент сопротивления. Для этого используем формулы:

                                                   (5.7)

                                  (5.8)

где температура , , а индексы 1 и 2 соответствуют двум разным измерениям U, I, t.

 

Методика определения постоянной Стефана–Больцмана

1. Включить исследуемую лампу накаливания в сеть переменного тока и с помощью ЛАТРа подать на лампу наименьшее из напряжений по указанию преподавателя ( ≥ 70В). Записать это напряжение ( ) и соответствующее показание амперметра ( )

2. Навести объектив пирометра на лампу и, передвигая тубус объектива, установить резкое изображение нити лампы. С помощью окуляра зрительной трубы получить четкое изображение нити эталонной лампы пирометра.

3. Измерить температуру нити накаливания исследуемой лампы. Для этого замкнуть электрическую цепь пирометра, нажав кнопку на приборе (ключ К на рис. 5.2), и вращением кольца реостата прибора изменять накал нити эталонной лампы до ее «исчезновения» на фоне светящейся исследуемой нити. Записать значение температуры  по верхней шкале.

Пирометром измеряется яркостная температура Т_Я, для определения истинной температуры T_И воспользоваться формулой (5.6).

4. Подавая на лампу другие напряжения ,  и т.д., записать соответствующие токи ,  и т.д. и определить соответствующие температуры нити согласно п.3. по окончании измерений выключить установку из сети.

5. Повторить опыт уменьшая напряжение и определить . Найти среднее значение  и выразить ее в кельвинах

6. Результаты измерений занести в таблицу 5.1.

Таблица 5.1 – Результаты измерений и вычислений

№ п/п	, В	, А	, ^0С	, ^0С	, ^0С	ТЯ, К	TИ, К	TИ^4, К^4	s, Вт/(м^2·К^4)	s ср, Вт/(м^2·К^4)
1	110	0,31	1010	1020
2	120	0,42	1120	1140
3	130	0,51	1210	1230

 

7. По формуле (5.5) вычислить s для каждого значения температуры и найти . Сравнить его с , вычислив величину %.

=5,67·10^–8 Вт/(м²·К⁴) – постоянная Стефана – Больцмана.

 

8. Вычислить относительную и абсолютную погрешности измерений для того из опытов, для которого и минимальны. При этом воспользоваться формулами:

,  

 

DI=0,005, DU=0,05, DT=20

Значения I, U и T взять из первой строки таблицы

9. По формулам (5.7) и (5.8) определить и , взяв за основу

=  и =

10. Окончательный результат записать в виде:

 

 Вт/(м²·К⁴),  при …%

Контрольные вопросы

1. Что называется тепловым излучением?

2. Дайте определение температуры лучистого равновесия.

3. Сформулируйте определения основных характеристик теплового излучения

4. Какое тело называется абсолютно черным? Приведите примеры.

5. Сформулируйте законы излучения абсолютно черного тела.

6. Объясните принцип работы оптического пирометра с «исчезающей» нитью.

7. Выведите рабочую формулу (4.12)

8. Поясните порядок проведения работы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ