2. Описание установки и метода измерений

Принципиальная схема специальной экспериментальной установки приведена на рис. 57. Она состоит из источника теплового излучения 1 (нихромовой спирали в форме цилиндра); механического модулятора светового потока, включающего обтюратор 2 и электродвигатель 3; набора оптических инфракрасных светофильтров 4; сферического зеркала 5; пироэлектрического приемника излучения 6; электронного блока обработки сигнала фотоприемника с цифровым вольтметром 7 и блока питания 8.

Смена оптических инфракрасных светофильтров осуществляется поворотом барабана со светофильтрами на фиксированный угол с помощью рукоятки, расположенной под крышкой. Поворот барабана следует производить плавно (только по ходу часовой стрелки) до щелчка, означающего фиксацию положения светофильтра. При этом номер установленного светофильтра указывается в овальном кружке, нарисованном на верхней крышке установки. Используемые в установке инфракрасные фильтры (№ 1−№ 7) позволят выделить из падающего на них потока излучения, испускаемого накаленной нихромовой спиралью, очень узкие спектральные интервалы, максимумы которых приходятся на определенные длины волн, называемые эффективными длинами волн. В таблице указаны эффективные значения длин волн λ, соответствующие определенным номерам светофильтров.

Пропущенное светофильтром излучение падает на сферическое зеркало и, отражаясь от него, направляется на чувствительную площадку фотоприемника. В фотоприемнике происходит преобразование светового сигнала в электрический. Величина напряжения электрического сигнала на выходе фотоприемника (измеряется цифровым вольтметром) пропорциональна величине падающего на фотоприемник светового потока Ф_λ,Т, а значит, и r_λ,Т, так как Ф_λ,Т = r_λ,Т ·S, где S − площадь облучаемой поверхности фотоприемника.

Таким образом, показания U_λ,Тцифрового индикатора вольтметра, выражаемые в вольтах, пропорциональны величине испускательной способности. Следовательно, кривые зависимости r_λ,Т и U_λ,Т от длины волны λ (при постоянной температуре излучателя) имеют одинаковый вид.

3. Порядок выполнения работы

1. Результаты измерений и расчетов, а также единицы измерения величин заносите в таблицу.

Т, К	№ светофиль тра	1	2	3	4	5	6	7	8
	λ, мкм	2,10	2,50	3,20	3,90	4,59	6,21	8,40	UТ	<UТ>
900	Uλ,Т
	<Uλ,Т>

2. Установите в рабочее положение светофильтр № 1 (цифру 1 в овальном кружке на верхней панели установки). Поворот рукоятки барабана светофильтров производить только по ходу часовой стрелки.

3. Подключите установку к электрической сети (вилку шнура питания вставьте в розетку и нажмите кнопку «СЕТЬ»). При этом загорится красная лампочка, сигнализирующая о подключении установки к сети. Одновременно с ней загорятся еще две красные лампочки, одна из которых указывает номер включенного диапазона измерений (первый или второй), а вторая сигнализирует о подключении излучателя к определенному источнику тока (Т₁, Т₂или Т₃). Если включен первый диапазон измерений и источник тока Т₁, то дальше необходимо перейти к выполнению пункта 3. Если же включен второй диапазон или один из источников тока Т₂или Т₃, то необходимо нажатием кнопки «ДИАПАЗОН» включить первый диапазон измерений, а нажатием кнопки Т₁подключить источник тока, обеспечивающий температуру нагрева спирали Т₁= 900 К. Не допускается одновременное нажатие любых двух кнопок из Т₁, Т₂и Т₃.

4. Включите электродвигатель модулятора, нажав кнопку «МОДУЛЯТОР» (загорится красная лампочка), и не выключайте его до окончания измерений. Дайте установке прогреться не менее пяти минут. Это требование необходимо выполнить обязательно, ибо только по прошествии такого промежутка времени излучатель нагреется до температуры Т₁= 900 К.

5. Определите показания U_λ,Т на цифровом табло вольтметра и запишите их в таблицу. Ноль целых на табло не высвечивается. Поэтому, если на табло высвечивается, например, 27, то следует читать как 0,27 В. Если же на табло высвечивается информация 1 (после запятой цифры не светятся), то следует нажатием кнопки «ДИАПАЗОН» включить второй диапазон измерений. При этом показания на табло следует увеличивать в три раза (умножать на три). При величине показаний цифрового вольтметра меньших 2 В следует нажатием кнопки «ДИАПАЗОН» перейти на первый диапазон измерений.

6. Последовательно устанавливая в рабочее положение светофильтры от № 1 до № 8 (включительно), снимите показания U_λ,Ти UТ с цифрового табло и запишите в таблицу. Повторите измерения еще два раза. В положении 8 блока светофильтров вместо узкополосного светофильтра устанавливается нейтральный ослабитель, что позволяет измерить величину UТ, пропорциональную энергетической светимости RТ.

7. Выполните аналогичные измерения (пункт 5) для температуры Т₂= 740 К, нажав кнопку Т₂(при этом красная лампочка против кнопки Т₁погаснет и загорится вторая против кнопки Т₂), а затем для температуры Т₃= 630 К, нажав кнопку Т₃. После перехода к новой температуре надо обязательно выждать не менее 5 мин до начала проведения измерений. Результаты измерений занесите в таблицу.

8. Нажатием кнопки «МОДУЛЯТОР» отключите электродвигатель от блока питания. Выключите установку нажатием кнопки «СЕТЬ» и выдерните вилку шнура питания из розетки.

9. Постройте графики зависимостей <U_λ,Т> =f(λ) для трех температур. В интервалах длин волн 0−2,0 мкм и 8,5−12 мкм изобразите предполагаемый ход кривых в соответствии с теоретическими положениями. Сравните полученные кривые с теоретическими (рис. 58) и дайте ответ на вопрос: можно ли рассматривать излучатель лабораторной установки как серое тело?

10. По графикам определите значения λ_maxдля трех температур (Т₁, Т₂, Т₃).

11. По формуле Т·λ_max= b вычислите значения b и найдите его среднее значение b_ср. Сравните полученное значение b_срс теоретическим и сделайте выводы.