Измерения и схема установки

В данной работе исследуется излучение нечёрного тела – вольфрамовой ленты, накаливаемой электрическим током. Для нечерного тела, которым является вольфрамовая лен­та, энергетическая светимость, т.е. количество энергии, испускаемой с единицы площади поверхности в единицу времени, равна

R_э=aTⁿ (7).

Здесь  = 5,6710^-8 Втм²/к⁴ – постоянная Стефана-Больцмана, а и п – константы, имеющие различное значение в разных областях температур.

Поскольку вольфрамовая лента нагревается электрическим током, то подводимая к ленте мощность

(8).

Вся эта мощность выделяется в виде тепла, которое отводится от ленты теплопроводностью и излучением. Если из всей мощности (8) расходуется на излучение ее часть, равная а’Р (а’<1), то уравнение теплового баланса для ленты можно записать через энергетическую светимость (7):

P=2Sa”Tⁿ (9).

Множитель 2S – это площадь обеих излучающих поверхностей вольфрамовой ленты, а”=a/a’.

Прологарифмировав выражение (9), получим:

lnP=ln(2Sa”)+nlnT (10)

Как видим, зависимость lnP от lnT имеет линейный характер и изображается на графике в виде прямой линии (рис. 2). Зная величины S и , по угловому коэффициенту наклона графика и отрезку на оси ординат ln(2Sa”) легко опреде­лить а” и п для вольфрама в исследуемой области температур. В данной работе необходимо определить а” и п в используемой области температур T~2500 К.

Схема установки приведена на рис. 3.

Здесь 1 – вольфрамовая лента, находящаяся в лампе СИ 8-200, 2 – автотрансформатор и понижающий трансформатор 220/12 В для плавной регулировки напряжения подаваемого на ленту, 3 – объектив, 4 – ослабляющий светофильтр, 5 – пирометрическая лампа, 6 – окуляр, 7 – светофильтр с узкой полосой пропускания, 8 – диафрагма, 9 – вольтметр,10 – аккумулятор, 11 – реостат, Т₁ и Т₂ – тумблеры.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомившись с устройством оптического пирометра, установите лимб реостата в крайнее левое положение, подключите пирометр к аккумулятору, соблюдая полярность, и включите тумблер Т₁.

2. Проверьте работу пирометра. Для этого, вращая лимб реостата против стрелки-указателя, наблюдайте в окуляр, нагревается ли нить пирометрической лампы. Если нить начинает светиться, значит, пирометр работает нормально. Затем снова поставьте реостат в начальное положение (нулевые отметки совмещены).

3. Поставив ручку трансформатора в нулевое положение, включите вилку в сеть, включив тумблер Т₂ подайте напряжение на исследуемую лампу. Установите ток накала лампы (ток, протекающий через вольфрамовую ленту) J=13 А. Определите яркостную температуру, при которой нить пирометрической лампы «исчезнет» на фоне раскаленной вольфрамовой ленты при трех значениях тока накала: 13 А, 15 А и 17 А, каждый раз регулируя напряжение, соответствующее измеряемому току. Для более точного определения температуры, уравнивание яркостей нити и ленты следует производить, делая нить пирометра ярче и темнее ленты, а затем добиться «исчезновения» нити.

4. Результаты измерений запишите в таблицу 1.

5. Измерения проделайте в прямом и обратном порядке – при увеличении и уменьшении температуры. Закончив измерения, поверните ручку автотрансформатора до отказа влево, лимб реостата пирометра поставьте в нулевое положение, отключите тумблеры Т₁ и Т₂.

Таблица 1

№/№ п/п	J	U	P	прямой	обратный	ср. значение	ln Т	ln P
				Т	Т

6. Постройте график зависимости ln P от ln T. По известным величинам S и  (см. данные на лабораторном стенде) определите для вольфрама a” и n, входящие в формулу (7) в исследуемой области температур.

7. Оцените погрешность измерений.