Яркостный пирометр
Наибольшее распространение для определения температур получил метод, основанный на сравнении излучения светящегося тела с излучением
абсолютно черного
тела на одном и том же фиксированном
участке длин волн
испускаемого спектра. для этих целей
используется участок, соответствующий
красной части спектра
= 0, 66 мкм. Схема яркостного пирометра
показана на рисунке 4.
Рис. 4. Схема яркостного пирометра
1- объектив, 2- нить лампочки, З- реостат, 4- гальванометр, 5- светофильтр,
6- окуляр.
Нить лампочки лежит в плоскости, перпендикулярной оси прибора. Светофильтр пропускает к окуляру лишь лучи с длиной волны около 0,66 мкм.
Наблюдая через пирометр яркость исследуемой поверхности, с помощью реостата подбирают такой накал нити, чтобы ее яркость совпала с яркостью исследуемой поверхности. В этом случае нить становится неразличимой на фоне исследуемой поверхности, или, как говорят, исчезает.
Прибор градуируют по абсолютно- черному телу, нанося против делений шкалы гальванометра соответствующие значения температуры. Таким образом, с помощью яркостного пирометра непосредственно можно измерять температуру абсолютно черного тела.
Для серого тела
пирометр дает то значение температуры
Т, при котором яркость
абсолютно черного тела для
= 0,66 мкм равна яркости исследуемого тела
при истинной (термодинамической)
температуре
.
Яркость тела равна
Следовательно
Исходя из закона Кирхгофа
заменяя
через
получаем
где
- поглощательная способность исследуемого
тела.
Таким образом
Поскольку для
абсолютно черного тела
,
то получаем
где
- поглощательная способность исследуемого
образца при истинной
температуре Т для длины волны = 0,66 мкм. Используя формулу ГIланка для универсальной функции Кирхгофа
для поглощательной способности образца получаем:
Учитывая, что
величина
для Т = 3000°К приблизительно равна 7, и
что ‚
,
единицей в числителе и знаменателе
пренебрегаем
Тогда
Следовательно истинная температура исследуемого тела будет равна
где С — скорость света
КБ — постоянная Больдмана.
Поскольку для
серых тел,
то
Исходя из этого видно, что истинная температура серого тела всегда больше яркостной температуры.
В случае абсолютно
черного тела
=1,
и
При расчете истинной (термодинамической) температуры вольфрама
использовать
значение поглощательной способности
вольфрама
и
=
0,66 мкм. Для этих условий
=
0,45
Цель работы:
1. Изучение работы яркостного пирометра, измерение с его помощью температуры вольфрамовой спирали лампы накаливания при различных значениях подводимой к ней мощности.
2. Определение зависимости интегральной излучательной способности от температуры.
Значения напряжений на лампе, при которых измеряется температура, задается преподавателем.
Выполнение работы
1. Установить белую нулевую отметку на поворотном кольце реостата, против такой же отметки на корпусе. Стрелка прибора при этом должна стоять на нулевой отметки шкалы (если это не так, следует обратиться к преподавателю).
2. Замкнуть ключ К (рис. 4) и поворотом кольца реостата по часовой стрелки довести накал нити пирометра приблизительно до 1200 оC.
З. Перемещением окуляра 6 вдоль оси добиться четкого изображения нити лампы пирометра. Разомкнуть ключ К.
4. С помощью потенциометра (рис.5) довести накал нити исследуемой лампы до красного цвета.
5. Перемещением объектива (f= 0,4 м) пирометра добиться четкого изображения нити исследуемой лампы, следует иметь в виду, что пирометр может быть сфокусирован только на объекты, расположенные не более 0,8 м от его корпуса.
б. Включить ключом К канал пирометрической лампы. Проверить четкость изображений нити пирометра и исследуемой лампы. Перемещением окуляра и объектива в близи ранее найденных положении, добиться условий хорошей видимости нитей пирометра исследуемой лампы.
7. Ввести красный светофильтр 5, который пропускает узкую полоску спектра λ = 0,65 мкм.
8. Установить с помощью потенциометра (рис. 5) определенное по заданию преподавателя значение напряжения на лампе. 9. Перемещением кольца реостата добиться, чтобы средний участок нити лампы пирометра не выделялся на фоне раскаленной нити исследуемой лампы. Произвести отчет температуры в градусах с по шкале пирометра. Измерить Т подобным образом не менее трех раз. Берется среднее значение Т. Одновременно записать показания амперметра и вольтметра.
