4. Опис лабораторнї установки

Вимірювання температури тіла в роботі виконується за допомогою оптичного пірометра зі зникаючою ниткою (рис.1). Він складається з зорової труби Т, у фокусі якої знаходиться нитка Н еталонної лампи розжарення Л. Об’ектив труби Т наводиться на джерело теплового випромінювання (розжарена волосина лампи ЛР, яка живиться від випрямляча В). За допомогою лінзи L₁ зображення волосини лампи ЛР зводиться в площину нитки

еталонноі лампи розжарення Л пірометра. Друга лінза F₂, розташована в окулярі труби Т, дає збільшене зображення нитки лампи пірометра Н та поверхні розжареної волосини лампи ЛР.

Лампа Л живиться від акумуляторної батареї Б. Її розжарення регулюється реостатом R за допомогою кільця, що знаходиться на окулярі труби Т пірометра. Регулюючи реостатом R величину струму у лампі Л, можна досягти зникнення нитки Н на фоні розжареної волосини лампи ЛР- у цьому випадку температури нитки лампи ЛР та волосини лампи Л стають однаковими. Порівняння яскравості відбувається в обмеженій частині спектру, тому для отримання монохроматичного випромінювання у трубі Т розміщується червоний світлофільтр F₁. Температуру нитки t_v відраховують за вольтметром зі шкалою, проградуйованою безпосередньо у градусах Цельсія. При температурі, більшій за 1400°C, необхідно ввести червоний світлофільтр F₁. Для визначення потужності, спожитої лампою розжарення ЛР, використовують ваттметр W.

Виведення робочої формули

Якщо випромінювання розжареним до температури Т тілом відбувається у середовищі з температурою Т₀, то віддача тілом тепла через випромінювання у відповідності з законом Стефана-Больцмана буде визначатися формулою:

Q = σ( ) (4)

В даній роботі потрібно визначити сталу Стефана-Больцмана σ. За абсолютно чорное тіло умовно приймають волосину лампи розжарення ЛР.

Для нагрівання волосини, лампу розжарення ЛР вмикають в електричне коло випрямлювача В. Змінюючи реостатом величину струму в колі, отримують різний степінь розжарення волосини лампи. Потужність, споживана волосиною лампи, визначається ваттметром. За означенням енергетичної світности R_e – енергія, яку випромінює одиниця площі поверхні нагрітого тела за одиницю часу

(5)

Енергія, яку випромінює тіло за одиницю часу – це потужність випромінювання (6)

Тому потужність, яку випромінює волосина лампи розжарення, за законом Стефана-Больцмана можна визначити наступним чином:

P=σS( )

де S – площа поверхні розжареної волосини лампи ЛР.

Теплове випромінювання завжди рівноважне, тобто кількість випроміненої тілом енергії дорівнює кількості поглинутої. Тому електрична потужність, поглинута лампою, дорівнює потужності, що випромінюється її волосиною. Тоді стала Стефана-Больцмана буде:

(8)

Волосина лампи не є абсолютно чорним тілом, тому для визначення дійсної температури волосини лампи Т потрібно ввести поправку Δt, яка визначається за графіком, наведеним на рис.2.

600 800 1000 1200 1400 t_v, ^oC

Рис.2. Графік для визначення поправки Δt до виміряного значення t_v

Дійсна температура волосини лампи розжарення визначається за формулою:

Т = [(t_v+Δt)+273], К (9)

Тут t_v - температура волосини, визначена оптичним пірометром.