Описание экспериментальной установки

Для опытов с тепловым излучением используется лампа К-21-150 с вольфрамовой нитью накала. Мощность, затрачиваемая на накал лампы, определяется с помощью вольтметра и амперметра выпрямителя ВС 24.

Красный и синий светофильтры служат для выделения из непрерывного спектра теплового излучения узких интервалов длин волн, со средней длинной l _кр=610 нм и l _син =460 нм.

Отношение излучательной способности нити накала в выделенных интервалах длин волн можно определить по отношению фототоков в цепи селенового фотоэлемента. Действительно, чувствительность фотоэлемента зависит от поглощательной способности селеновой рабочей поверхности  фотоэлемента, которая примерно одинакова в синем и красном участках спектра. Это значит, что отношение фототоков будет равно отношению спектральной излучательной способности нити накаливания лампы для длин волн названных цветов.

Оптический пирометр “Проминь”, используемый в работе, позволяет измерить так называемую яркостную температуру Т_я. Истинная температура тела определяется по графику, приведенному на рисунке 3.

Рис. 3 Взаимосвязь абсолютной и яркостной температуры излучающего тела.

Измерение и обработка результатов

1. Соберите схему в соответствии с рисунком 4.

2. Сцентрируйте оптическую систему: нить накала, окошко со светофильтрами и фотоэлемент должны находиться на одной прямой.

 

Рис. 4. Принципиальная схема измерений

3. Включите лампу К-21-150. Пользуясь регулятором напряжения ВС 24, изменяйте величину напряжения на лампе и силу тока накала. Рекомендуемый ток накала лампы должен составлять 7-9 ампер. Для 5-7 значений тока накала измерьте силу тока в цепи фотоэлемента через синий и красный светофильтр. Данные занесите в таблицу 1.

Таблица 1

№ n/n	I	U	P			Тя	Т	s
1

4. Для тех же значений силы тока накала лампы проведите измерения яркостной температуры нити накала. С правилами измерения яркостной температуры ознакомьтесь по техническому описанию пирометра. Данные занесите в таблицу 1.

5. Вычислите значения постоянной Стефана-Больцмана для каждого измерения. Найдите среднее значение.

6. Вычислите значения постоянной Планка для наиболее высоких значений температуры нити накала. Найдите среднее значение.

Вопросы и упражнения

1. Что понимают под термином тепловое излучение?

2. Сформулируйте законы теплового излучения.

3. Начертите график распределения энергии в спектре абсолютно черного тела. Как изменится вид графика при увеличении температуры тела?

4. Формула Планка.

5.  

6. Какую температуру должно иметь тело, чтобы максимум излучательной способности лежал в “красной” области видимого спектра?

7. Оцените по порядку величины, какую энергию излучает человек в течение суток. Какое количество чипсов необходимо для компенсации излучательных энергетических потерь в сутки? Калорийность (энергетическая ценность) чипсов равна 500 Ккал/100г.

8. Что такое люминесценция?

Приложения

1. Площадь S излучающей поверхности – нити накала лампы К-21-150 равна 1 см².

2. Измерение яркостной температуры

Яркостную температуру нити накала измеряют с помощью оптического пирометра "Проминь", который является визуальным промышленным прибором с "исчезающей нитью". Он предназначен для измерения яркостной температуры поверхности раскаленных твердых и жидких тел в различных отраслях промышленности, а также при проведении научных исследований.

       Для измерения температуры пирометр держат в левой руке так, чтобы ладонь охватывала рукоятку 2 (см. рис. 5), средний палец – на кнопке измерения. Нажатием среднего пальца включается ток в цепи накала пирометрической лампочки, а поворотом ручки 4 с правой стороны корпуса яркость нити накала увеличивается, до тех пока она не станет видимой через красный светофильтр 7 окулярной системы.

Перемещением окуляра 6 добиваются резкой видимости нити накала в поле зрения.

Наводка объектива пирометра "на резкость" (на объект, температуру которого измеряют) производится передвижением объектива 9, который следует пе­ремещать, плавно поворачивая его вокруг продольной оси. Следует иметь в виду, что наводить пирометр "на резкость" на объект, особенно если последний имеет небольшие размеры, следует производить при выведенном поглощающем фильтре 7. Пирометр следует визировать так, чтобы изображение измеряемого участка объекта находилось в центральной части зрения против указателя.

Перед наводкой пирометра на объект следует установить необходимый предел измерения поворотом ручки переключателя диапазонов 8 на верхней части корпуса. Положение рукоятки переключателя диапазонов измерения температуры:

против цифры 1 соответствует диапазону измерения 800-1400°C, против цифры 2 – 1200-2000°C, против цифры 3 – 1800-5000°C.

Уравнивание яркостей (фотометрирование) производится поворотом ручки 4 при нажатой кнопке включения писания и отпущенной кнопке измерения. Фотометрировать следует, подходя к яркости измеряемого тела повторно и поочередно, от большой яркости к малой и наоборот.

Для повышения точности измерения фотометрирование следует производить при введенном красном светофильтре 7, за исключением температур ниже 1000°C, которые можно измерять с выведенным красным светофильтром.

Рис. 5

 

Лабораторная работа № 8