III. Ход работы

Экспериментальная установка состоит из оптического пирометра. Источника постоянного тока, вольтметра, амперметра и лампы накаливания. Схема установки приведена на рис. 5.

где Л – лампочка накаливания; W – источник питания ИПР или любой другой. Оптический пирометр включает в себя: объектив 1, окуляр 2, диафрагму 3, монохроматический (красный) светофильтр 4, нить 5. Нить подключается к источнику постоянного тока при помощи кнопки 6. Нагрев происходит только при нажатой кнопке, что существенно увеличивает срок ее службы.

1. Пренебрегая потерями на теплопередачу, можно считать, что вся мощность

W = IU, выделяемая в лампочке накаливания, преобразуется в мощность излучения, т. е.:

Rэ=

(17),

где S – площадь нити накала дана в приложении к работе.

2. C помощью потенциометра установить напряжение на лампе накаливания при котором нить накала начинает светиться. Измерить соответствующую силу тока. Рассчитать потребляемую мощность W и энергетическую светимость R_э лампы накаливания.

3. С помощью оптического пирометра определить яркостную температуру нити накала лампочки и по графику зависимости Т=f(T_ярк) соответствующую термодинамическую температуру нити.

4. Измерения повторить для других значений напряжения на лампе накаливания (всего 8-10 измерений).

5. Для проверки закона Стефана- Больцмана постройте график зависимости W = ε_ΤΒΤ ⁿ в логарифмическом масштабе

lgW = lg(ε_ΤΒ) + nlgT

И определите величин n и b. Значения εΤ для вольфрама даны в таблице 1.

6. Найдите величину постоянной Стефана-Больцмана по формуле , гдеS - площадь излучающей поверхности нити ( указана на установке).

7. Сделайте выводы.

V. Вопросы для самоконтроля

1. Какая величина называется энергетической светимостью, испускательной способностью, поглощательной способностью?

2. Геометрический смысл энергетической светимости тела, ее связь с испускательной способностью тела.

3. Сформулировать законы теплового излучения: Кирхгофа, Стефана-Больцмана, закон смещения Вина.

4. Какой физический смысл универсальной функции Кирхгофа f (ν,T)?

5. В чем смысл «ультрафиолетовой катастрофы» ?

6. Какой физический смысл постоянной σ в законе Стефана-Больцмана и λ_m в законе смещения Вина?

7. Каковы условия перехода формулы Планка в формулу Рэлея-Джинса и Вина.

8. Объясните понятия: серое тело, коэффициент серости, яркостная температура.

Структура методических указаний к лабораторным работам:

1. Цель работы

2. Задачи работы

3. Приборы и принадлежности

4. Задания для СРС по литературным источникам с указанием §§, подлежащих проработке.

1. Краткие теоретические сведения

1. Основные понятия и определения

2. Основные законы

3. Вывод рабочей формулы

2. Фото и описание установки

3. Программа работы и порядок выполнения лабораторной работы

4. Бланк отчета к лабораторной работе представленный в электронной форме.

Совокупность оптических (бесконтактных) методов измерения температуры называется пирометрией.

А приборы для измерения температуры нагретых тел по интенсивности их теплового излучения в оптическом диапазоне спектра называют пирометрами.

В зависимости от того, какой закон теплового излучения используется для измерения температуры тел, различают: радиационную, цветовую, яркостную температуры.

1. Радиационная температура – это такая температура черного тела, при которой его энергетическая светимость равна энергетической светимости исследуемого тела.

Т.е. регистрируется энергетическая светимость исследуемого тела и по закону Стефана – Больцмана вычисляется его радиационная температура:

(36.1)

(36.2)

(36.3)

Для , адля нечерного тела тогда:, (36.4),

т.е. истинная температура Т больше Т_рад . Значение а_Т для различных излучателей есть в таблице.

При Т=1500 К, а_{Т вольф.} = 0,15

Т=3000 К, а_{Т вольф.} = 0,32

Серое тело – тело, поглощающая способность которого меньше 1, но одинакова для всех частот и зависит только от Т, материала и состояния поверхности тела.

.

2. Цветовая температура

Для серых тел, или тел близких к ним по свойствам, спектральная плотность энергетической светимости.

, где

Следовательно, распределение энергии в спектре излучения серого тела такое же, как и в спектре черного тела, имеющего туже температуру, поэтому к серым телам применим закон смещения Вина. Зная длину волны λ_max, соответствующую максимальной спектральной плотности энергетической светимости исследуемого тела, можно определить его температуру:.(36.5)

Эта температура называется цветовой. Для серых тел цветовая температура совпадает с истинной. Температура на поверхности солнца и звезд – цветовая.

3. Яркостная температура

Яркостная температура -Т_я – это температура черного тела, при которой для определенной длинны волны его спектральная плотность энергетической светимости равна спектральной плотности энергетической светимости исследуемого тела: , где Т – истинная температура.

(36.6)

Для нечерных тел ,то,истинная температура больше яркостной.