Охрана труда и техника безопасности в лабораториях физики микрочастиц.

При подготовке лабораторного практикума администрация университета и технические работники кафедры обязаны обеспечить условия труда студентов в соответствии с действующими правилами и нормами для выполняемых в лаборатории видов работ.

Студенты обязаны знать основные источники опасности в лаборатории, правила и нормы безопасной работы и выполнять соответствующие требования охраны труда, уметь действовать в чрезвычайных ситуациях.

Специфика лаборатории физики микрочастиц отражена далее в перечислении основных видов источников опасности и профилактических мер защиты от них

Опасность

Электрическая сеть напряжением 220 Вольт;

Элементы электрических цепей высокого напряжения

ЗАЩИТА

• все приборы, для которых это предусмотрено инструкцией по эксплуатации, должны быть надежно заземлены;

• должна быть исключена возможность контакта тела человека с системами водопровода, канализации и отопления; лабораторное помещение и его полы должны быть сухими;

• в начале работы все приборы должны быть отключены от сети;

• все электрические соединения должны выполняться надежно и только при использовании стандартных и исправных проводов, клемм, разъемов и других элементов;

• в процессе сборки электрических цепей необходимо рационально разместить приборы, ориентируясь на:

- использование проводов минимальной длинны;

- обеспечения удобства доступа к регулирующим элементам;

-достижение наилучших условий наблюдений за показаниями приборов;

• собранные электрические цепи должны быть проверены преподавателем или лаборантом;

• после подключения собранных цепей к сети запрещается прикасаться к их токоведущим частям; все регулировки необходимо проводить, используя только стандартные рукоятки, выведенные на панели приборов или являющиеся неотъемлемой частью конкретного оборудования;

• в процессе измерений нельзя допускать перегрузку приборов; необходимо выбирать оптимальные режимы их работы;

• по окончании измерений установка должна быть немедленно отключена от электрической сети, а затем разобрана электрическая цепь в той части, где она собиралась самостоятельно; в первую очередь следует отсоединить провода от источников тока;

ОПАСНОСТЬ

Оптическое излучение, рассматриваемое в окуляры приборов.

ЗАЩИТА

Настраивать источник излучения в начале измерений на минимальную яркость, увеличивая ее позднее до необходимых значений; избегать дискомфортных условий работы; проводить наблюдения по возможности быстрее

ОПАСНОСТЬ

Лазерное излучение

ЗАЩИТА

Запрещается располагать глаз на линии распространения лазерного луча даже после его отражения от любых зеркальных поверхностей.

ОПАСНОСТЬ

Радиоактивное излучение

ЗАЩИТА

Радиоактивные препараты должны храниться в металлических емкостях и извлекаться оттуда только для проведения измерений. Для этого обязательным является использование пинцета. После проведения опытов препараты возвращаются на место постоянного хранения.

ОПАСНОСТЬ

Элементы конструкций радиоактивной защиты (свинцовых домиков), обладающие значительной массой и острыми гранями

ЗАЩИТА

Запрещается перемещать на другие места металлические сейфы, свинцовые домики и их элементы, другие объекты, предназначенные для хранения препаратов.

О любых нестандартных ситуациях следует немедленно доложить преподавателю, принять возможные меры по их устранению, быть готовым к эвакуации из лаборатории.

ТЕЛЕФОНЫ

Противопожарная служба – 101

Скорая медицинская помощь – 103

4.1. Электромагнитное излучение: свойства и приборы

4.1.1. Тепловое излучение и его характеристики

Цель работы: изучить теорию теплового излучения, определить постоянную

Стефана – Больцмана при помощи оптического пирометра.

Приборы и принадлежности: яркостный пирометр, источник тока, ЛАТР, амперметр, вольтметр, лампочка накаливания.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА.

ТЕОРИЯ И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ

Используемый для измерения яркостной температуры прибор называется пирометром с исчезающей нитью (рис. 1). Пирометр по своей конструкции аналогичен устройству лабораторной зрительной трубы, которая состоит из объектива (ОБ) и окуляра (ОК). Нить фотометрической лампы накаливания Л₁ располагается в фокальной плоскости объектива. В этой же плоскости получается действительное изображение раскаленного объекта Л₂ – вольфрамовой нити бытовой лампочки. И нить и изображение объекта рассматриваются через красный светофильтр Ф, находящийся в окуляре. Регулируя ток накала нити фотометрической лампы с помощью реостата, вмонтированного в прибор, можно добиться одинаковых яркостей изображения нити бытовой лампочки и нити фотометрической лампы.

При градуировке прибора на заводе яркость нити фотометрической лампы сравнивается с яркостью абсолютно черного тела. Поэтому нанесенная на прибор шкала позволяет сразу определить термодинамическую температуру, если исследуемым объектом являлось бы абсолютно черное тело. Но реальные тела не являются абсолютно черными, поэтому определенная пирометром температура является не истинной, а яркостной температурой.

При измерении пирометр располагают на штативе на расстоянии примерно 0,7 м от раскаленного тела (исследуемой бытовой лампочки) и перемещением окуляра добиваются четкого изображения нити пирометрической лампы, а перемещением объектива – четкого изображения раскаленного тела. При указанном порядке наводки на резкость плоскость изображения тела будет совпадать с плоскостью нити накала пирометрической лампы. До работы пирометрическая лампа, естественно, должна быть выключена. На это указывает совпадение нулевых рисок, нанесенных на корпусе прибора и кольца. Включение лампы производится поворотом кольца в направлении, противоположном стрелке – указателю. При этом в окуляр будет видно, что нить начинает раскаляться, и стрелка будет смещена с начального деления шкалы. При дальнейшем повороте кольца сопротивление соединенного с ним реостата будет уменьшаться, и

ток через пирометрическую лампу возрастает. Добившись равенства яркостей нитей по шкале, проградуированной в градусах Цельсия, определяют температуру раскаленного тела Т_я. При выведенном ослабляющем фильтре ОФ пользуются шкалой 800-1400⁰ С, при введенном – 1200-2000⁰ С. Введение фильтра осуществляется поворотом головки, расположенной на корпусе прибора. Наиболее точно сравнение яркостей можно осуществить лишь в монохроматических лучах. Для этого на тубусе окуляра имеется монохроматический красный светофильтр Ф, пропускающий свет с длиной волны 660 нм. Он укреплен в поворотной обойме с рифленой поверхностью и должен быть введен всякий раз при точном уравнивании яркостей. Убедившись, что в красных лучах яркости нити и тела совпадают, по соответствующей шкале производят отсчет температуры тела с точностью до 10⁰С. После снятия отсчета пирометрическую лампу следует сразу выключить (поворотом кольца в направлении, указанном стрелкой, до совпадения нулевых рисок).

Н а рис. 2 показана электрическая схема соединений исследуемого элемента – вольфрамовой нити лампы Л₂, Для включения ЛАТРа в сеть (~220В) используются клеммы с надписью "Сеть 220 В". Перед включением ЛАТРа необходимо проверить следующее: а) регулятор напряжения ЛАТРа должен быть установлен в положение "0"; б) переключатели пределов измерений на амперметре и вольтметре должны быть поставлены в положения 0,5 А и 150В; в) проверить совпадение нулевых отметок на пирометре. Замкнуть ключ К (падать напряжение на пирометрическую лампу) (рис.1).

Включить ЛАТР в сеть. Установить на ЛАТРе напряжение 80 В, и при нем проверить совпадение верхней и нижней шкал пирометра. Измерения яркостной температуры нити лампы Л₂ с помощью пирометра проделать при следующих напряжениях: U=110, 130,150 В. Измерить силу тока при этих напряжениях. НАПРЯЖЕНИЕ, СНИМАЕМОЕ С ЛАТРА НЕ ДОЛЖНО ПРЕВЫШАТЬ 200 В!

Учтем, что энергия, потребляемая единицей излучающей поверхности вольфрамовой проволоки в единицу времени определится: , где S – площадь изучающей поверхности (в экспериментальной установке S=162,8·10^-6м²). Эта энергия затрачивается на поддержание проволоки в раскаленном состоянии и поэтому пропорциональна количеству энергии, излучаемой проволокой в единицу времени:

,

где a – коэффициент пропорциональности, Т₂ – температура окружающей среды, Т₁ – истинная температура нити накаливания лампы. Эта зависимость позволяет произвести расчет постоянной Стефана-Больцмана. Однако, поскольку пирометром определена яркостная температура, то необходимо перейти от яркостной к истинной температуре по известной связи между ними.

, откуда .

Но , а , тогда .

Величину надо прибавить к измеренной температуре Т_я, чтобы получить значение истинной температуры Т, т. е. Т= Т_я + .

Значение а находится по графикам, прилагаемым к работе.

ЗАДАНИЯ

Измерить температуру нити электролампы при различных напряжениях.

Определить значение постоянной Стефана-Больцмана

Выполнить основное задание данного исследования

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Какое излучение называется тепловым? Раскройте физический смысл основных характеристик теплового излучения. Различаете ли Вы смысл спектральных и интегральных характеристик?

Опишите физический смысл универсальной функции Кирхгофа (испускательная способность абсолютно черного тела). Какова роль исследований вида функции F(ώ.T) в развитии представлений о квантовой природе света?

Запишите и объясните законы излучения абсолютно черного тела.

Что такое температура тела? Охарактеризуйте виды температур.

Из каких основных частей состоит яркостный пирометр? Охарактеризуйте их назначение, в том числе с обоснованием геометрического места расположения.

Термометры, поднятые с помощью шаров – зондов, показывают, что в верхних слоях атмосферы температура по Цельсию составляет несколько десятков градусов ниже нуля. Цветовая же температура голубого неба оказывается около 280000К. В чем тут дело?