Методика измерений

Целью настоящей работыявляется экспериментальное определение постоянной Стефана – Больцмана.

В природе абсолютно черных тел не существует. Для серых тел в закон Стефана – Больцмана вводится коэффициент поглощения а<1:

. (26.9)

Источником излучения в данной работе является вольфрамовая нить лампы накаливания. Если принять, что окружающую среду можно считать абсолютно черным телом, то мощность излучения, отдаваемая нитью, имеющую температуру Т₁, в окружающую среду с температуройТ₂, может быть определена по формуле

, (26.10)

где S– площадь поверхности нити.

С другой стороны, эта мощность, по закону сохранения энергии, должна быть равна подводимой к нити электрической мощности:

N=IU, (26.11)

где I, U– сила тока в нити и падение напряжения на ней.

Из приведенных уравнений (26.10) и (26.11) находим расчетную формулу для постоянной Стефана – Больцмана:

. (26.12)

Экспериментальная установка

И

Рис. 26.2 – Устройство оптического пирометра

змерение температуры нити лампы накаливания в данной работе осуществляется оптическим пирометром “Проминь”. Принцип действия пирометра основан на уравнивании яркости изображения исследуемого тела и яркости нити пирометрической лампы. Равенство яркостей воспринимается наблюдателем как исчезновение нити лампы на фоне изображения объекта. Конструкция прибора схематически показана на рисунке 26.2. Корпус пирометра состоит из камеры 1 и рукоятки 2. Камера закрывается крышкой 3, имеющей ручку 4 для регулирования силы тока в пирометрической лампе. Стрелка 5 на камере указывает направление поворота ручки, соответствующее увеличению тока. В верхней части камеры находятся узел окуляра 6, узел объектива 7 и переключатель диапазона 8. В средней части камеры со стороны окуляра смонтирована шкала 9 для отсчета измеренной температуры. В верхней части рукоятки расположена кнопка 10 включения прибора.

При проведении измерений перемещением окуляра добиваются резкой видимости нити пирометрической лампы, визируют пирометр на измеряемое тело, передвижением объектива наводят пирометр на резкость. После фотометрирования (уравнивания яркостей) производят отсчет температуры с учетом установленного предела измерения.

Электрическая схема экспериментальной установки показана на рисунке 26.3. Вольфрамовая нить лампы накаливания подключена к выходу ЛАТРа. Амперметр и вольтметр позволяют измерять ток и напряжение на лампе. Данные для вычисления площади лампы указаны на установке.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомьтесь с пирометром и экспериментальной установкой, получите разрешение на включение установки.

2. Запишите в таблицу параметры нити лампы накаливания: длину нити L, диаметр нити D, а также температуру окружающей среды (воздуха) Т_2..

3. Измерьте силу тока I, напряжениеU и температуру нитиТ₁ лампы накаливания. Эксперимент проведите для трех различных температур. Данные заносите в таблицу.

Таблица –Экспериментальные данные

L(м)	D(м)	S(м2)	I (A)	U (B)	Т1 (K)	Т2 (K)			(%)

4. Рассчитайте значение площади поверхности нити по формуле .

5. По формуле (26.12) рассчитайте значение постоянной Стефана – Больцмана и внесите его в таблицу. Для вольфрама в используемом диапазоне частот коэффициент а=0,85.

6. Определите среднее значение постоянной Стефана – Больцмана:

и внесите его в таблицу.

7. Определите абсолютную погрешность постоянной Стефана – Больцмана: и ее среднее значение Внесите их в таблицу.

8. Определите относительную погрешность постоянной Стефана – Больцмана: . Внесите ее в таблицу.

9. Окончательно, результат запишите в виде: