САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПЕТРА ВЕЛИКОГО

Институт Энергетики

Высшая школа атомной и тепловой энергетики

Лабораторная работа ТМО – 1.5

"Определение степени черноты методом нагретой нити"

Студент гр. 3231401/20002 ______Школьников А.С.

Студент гр. 3231401/20002 ______Сирош С.А.

Преподаватель ________________ Павлов А. В.

Содержание

1. Введение 3

2. Описание установки 4

3. Результаты эксперимента 4

5. Вывод 8

1. Введение

Расчеты результирующих потоков интегрального теплового излучения между телами проводят по закону Стефана–Больцмана, согласно которому плотность интегрального излучения абсолютно черного тела

σ = , Вт/

– абсолютная температура тела, К; σ = 5,67·10^-8 Вт/(м²K⁴) - постоянная Стефана-Больцмана; Вт/( ) – коэффициент излучения абсолютно черного тела.

При расчете плотности потока излучения реальных тел вводя коэффициент , называемый интегральной степенью черноты тела:

σ = , Вт/ .

Данная формула справедлива для “серых” тел, степень черноты которых не зависит от длин волн, на которых передается излучение.

Интегральная степень черноты показывает во сколько раз энергия, излучаемая реальным телом во всем диапазоне теплового излучения, меньше энергии, излучаемой абсолютно черным телом при равной температуре тел.

Чтобы не практике определить степень черноты необходимо: исследуемое тело поместить в полость другого тела. Площадь поверхности полости должна быть значительно больше площади поверхности тела, степень черноты которого требуется определить. Точность расчета определяется точностью измерения потока и температур

].

2. Описание установки

Рисунок 1 – Установка для определения степени черноты методом нагретой нити

Вольфрамовая нить 7 имеет диаметр d = 0,14 мм, длину l = 450 мм и омическое сопротивление , температурный коэффициент сопротивления /К. Нить помещена в стеклянную трубку 9 с внутренним диаметром отвакуумированную до давления мм рт.ст.

3. Результаты эксперимента

Таблица 1

Результаты измерений

№ п/п		, К	, В	, мВ
1	26,3	299,3	6	83
2	27,8	300,8	8	100
3	30,3	303,3	10	115
4	33,1	306,7	12	130

4. Обработка результатов

Расчет сопротивления нити при измеряемой температуре:

, ,

Где .

Расчет температуры вольфрамовой проволоки:

=293+ ,

где омическое сопротивление =1,5 Ом (при 20 °С), температурный коэффициент сопротивления /К.

Расчет теплового потока:

= ,

Расчет температуры поверхности трубки. Температуру наружной поверхности отвакуумированной трубки принимаем равной температуре воды , а температуру внутренней поверхности рассчитываем, используя решение задачи теплопроводности для цилиндрической стенки.

= + ,

где =0,135 Вт/(м К) – теплопроводность стекла,

Расчет степени черноты:

=

где , Вт/( ) – коэффициент излучения абсолютно черного тела

Таблица 2

Результаты расчетов

№ п/п		Вт
1	7,05	1488	5,1	306	0,092
2	8	1690	8	311	0,087
3	8,69	1840	11,5	318	0,089
4	9,23	1955	15,6	327	0,095

Оценим неопределенность измерений.

Неопределенность теплового потока:

где неопределенности электрических измерений: = 0,2 В, = 0,2 мВ, = 0,005 Ом.

Суммарная стандартная неопределенность оценки площади поверхности нити :

,

где = ,

Суммарная стандартная неопределенность вычисления степени черноты:

где =0,5 К

Таблица 3

Результаты вычислений неопределенности

№ п/п
1	0,306707	1,8526*10-6	0,005584
2	0,4475		0,004893
3	0,619617		0,00482
4	0,822542		0,00505

Результаты измерений и вычислений:

= (0,092 ;

= (0,087 ;

= (0,089 ;

= (0,095 .

Рисунок 2 – График зависимости f (

5. Вывод

В ходе лабораторной работы была получена зависимость степени черноты методом нагретой нити от температуры и построен график. Абсолютная неопределенность результатов 7%. Со третьей точки наблюдается линейная зависимость. Отклонение первого значения может быть вызвана не стационарным состоянием системы. Полученные в ходе работы данные для вольфрамовой нити значения степени черноты отличаются от табличных на 50%, что свидетельствует об неправильных условиях проведения опыта. Но характер зависимости совпадает с табличными значениями.

Санкт-Петербург

2024