2. Описание экспериментальной установки и методики эксперимента

Закон Кирхгофа

(2.1)

п озволяет найти спектральную лучеиспускательную способность серого тела , если известен его материал, а, следовательно, известна спектральная лучепоглощательная способность (определяется экспериментально в светотехнических лабораториях и указывается в таблицах или графиках (рис.2.2). Такая постановка задачи имеет практическую целесообразность.

Решение ряда научных и практических задач связано с измерением температуры нагретых тел методами пирометрии. Информацию о величине температуры получают из анализа светового потока нагретых тел. Для решения задачи требуется надежная связь между температурой нагретых тел и распределением энергии в спектре их излучения. Излучательные характеристики тел зависят не только от материала, но и от состояния его поверхности. К настоящему времени накоплен большой фактический материал об излучательных свойствах различных материалов. Для практических целей широкое применение нашел вольфрам. Для видимой и ближней инфракрасной области спектра надежной аналитической формулы для в литературе не приведено, поэтому надо пользоваться экспериментальными данными . Значения для вольфрама приведены на рис. 2.2 и в приложениях П.1 и П.2. Для вольфрама. в справочных таблицах приводится не спектральная лучепоглощательная способность, а спектральный коэффициент излучения . Тогда выражение (2.1) принимает вид:

. (2.2)

При проведении учебного эксперимента возможна постановка обратной задачи, когда по измеряемой спектральной лучеиспускательной способности тела и известной его спектральной лучепоглощательной способности согласно закону Кирхгофа определяют спектральную лучеиспускательную способность черного тела . Таким образом, измеряя спектральную лучеиспускательную способность вольфрама несложно определить спектральную лучеиспускательную способность черного тела, т.е. «проверить» формулу Планка (1.9).

Спектральная лучеиспускательная способность нагретого тела может быть измерена методами спектроскопии с помощью экспериментальной установки, изображенной на рис.2.3.

Рис.2.3. Блок-схема установки

1. Нагретое тело, 2- интерференционный светофильтр,

3-фотоприемник, 4-мультиметр.

Интерференционный светофильтр из всего спектра излучения выделяет узкую область спектра, определяемую его полосой пропускания. Фотоприемник преобразует оптический сигнал в электрический. При исследовании спектров излучения нагретых тел необходимо проводить измерения не только в видимой области спектра, но и в инфракрасной. Тогда можно использовать тепловой приемник РТН, в котором температура приемной площадки измеряется набором термопар. Мультиметр измеряет термо-ЭДС приемника. Показания мультиметра пропорциональны величине светового потока, прошедшего через интерференционный светофильтр, т.е. зависят как от полуширины спектрального пропускания , так и коэффициента спектрального пропускания светофильтра . Перепишем (2.1) в виде :

. (2.3)

Для проведения абсолютных метрологических измерений величин световых потоков такая установка должна быть откалибрована в метрологической лаборатории по эталонной лампе с известными излучательными характеристиками. Часто в качестве эталонной лампы используется лампа с ленточным телом накаливания, изготовленным, например, из вольфрама.

Рис.2.4. Зависимость интегрального коэффициент излучения вольфрама от температуры.

Экспериментальная установка УКЛО – 4Б снабжена необходимыми электроизмерительными приборами. На передней панели (рис.2.5) расположены мультиметр 1, переключатель «накал» 2, осуществляющий регулировку режимов вольфрамовой лампы (позиции «0» соответствует выключенная лампа, тумблер включения лампы 3 – «лампа» с индикацией, тумблер включения установки «сеть» 4 с индикацией, в прорезь видна регулируемая диафрагма со светофильтрами 5, позиции 1 соответствует интерференционный светофильтр с длиной волны 600 нм, позиции 2 - интерференционный светофильтр с длиной волны 1000 нм, позиции 3 - интерференционный светофильтр с длиной волны 1300 нм , позиции 4- интерференционный светофильтр с длиной волны 1600 нм, позиции 5 - интерференционный светофильтр с длиной волны 2000 нм, позиции 6 - нейтральный светофильтр . В установке используется вольфрамовая лампочка номинальным напряжением питания 12В и мощностью 50Вт. Предусмотрено уменьшение напряжения питания ступенями по 2В.