1.1.4. По окончанию работы

1. Доложить руководителю занятия об окончании работы.

2. Выключить лабораторный стенд (установку).

3. Сдать руководителю занятия измерительные приборы, методические и другие вспомогательные пособия.

4. Привести в порядок свое рабочее место.

5. Заверить у руководителя занятий черновой вариант снятых показаний

6. Сдать зачет преподавателю по лабораторной работе.

Лабораторная работа № 1

Исследование световых характеристик

различных типов ламп накаливания

(2 часа)

Цель работы. Ознакомиться с теорией теплового излучения, конструкциями ламп накаливания, исследовать световые характеристики ламп накаливания разных типов.

Оборудование и приборы:

1). лампы накаливания типа: вакуумные; газополные со спиральной нитью; биспиральные газополные; биспиральные с криптоновой смесью; зеркальные лампы; ЛН с йодным циклом;

2). лабораторный автотрансформатор регулировочный ЛАТР-2М;

3). вольтметр;

4). люксметр Ю – 116;

5). соединительные провода.

Объект исследования

Объектом исследования являются лампы накаливания различных типов.

Общие положения

Под тепловым излучением принято понимать всякое излучение, возникающее в результате теплового движения (колебательного или вращательного) молекул и атомов излучающего тела. При этом в излучающем теле не происходит никаких изменений, кроме изменения теплового состояния, а количество излучаемой энергии изменяется соответственно количеству подводимого тепла.

При повышении температуры излучающего тела увеличивается энергия движения заряженных частиц, следствием чего является рост лучистого потока, излучаемого телом. Повышение температуры тела сопровождается также ростом средней величины кванта, а, следовательно, изменением спектрального состава излучения.

Видимые излучения возникают только при больших значениях кинетической энергии движущихся частиц, т.е. лишь при высокой температуре излучающего тела.

Положение максимума кривой спектральной плотности энергетической светимости М_е(,Т) определяется уравнением:

_maxT = 2896мкмК, (1)

именуемым законом смещения Вина,

где –длина волны, соответствующая максимуму кривой спектральной интенсивности лучистого потока, мкм;

Т – абсолютная температура, К.

Энергетическая светимость:

(М_е)_n.u.= бТ⁴, (2) где (М_е)_n.u. – энергетическая светимость (лучистый поток с 1м² поверхности полного излучателя), Втм²; б = 5,6710^–8 Втм²К^–4 была получена экспериментально Стефаном и теоретически Больцманом и носит название закона Стефана-Больцмана. Из анализа уравнений (1) и (2) можно сделать следующие выводы:

1. Лучистый поток, излучаемый полным излучателем, резко возрастает с увеличением абсолютной температуры.

2. При повышении температуры полного излучателя максимум кривой спектральной плотности энергетической светимости смещается в сторону коротковолновой части спектра.

3. При изменении абсолютной температуры в пределах, от 4700 до 10000К максимум кривой спектральной плотности энергетической светимости лежит в пределах области видимых излучений.

Для оценки теплового излучения с точки зрения вызываемого им светового ощущения пользуются понятием световой эффективности, определяющей долю светового потока в общем потоке излучения.

Световая эффективность полного излучателя зависит от температуры. При повышении температуры вначале происходит рост световой эффективности, что объясняется смещением максимума кривой спектральной плотности лучистого потока в сторону области видимых излучений. Максимального значения световая эффективность достигает при температуре полного излучателя около 6500К; при этом её величина составляет 14,5%. При дальнейшем увеличении температуры максимум продолжает смещаться в сторону коротковолновой части спектра и значение световой эффективности начинает уменьшаться.

Реальные излучатели, применяемые для изготовления тела накала современных ламп имеют температуру плавления порядка 3600 К (вольфрам), что ограничивает их световую эффективность значениями, не превышающими 2-3%.

Для оценки излучения металлов пользуются понятием спектрального коэффициента излучения, под которым понимается отношение спектральной плотности энергетической светимости тела (металла) к спектральной плотности энергетической светимости полного излучателя при тех же температуре и длине волны:

(,Т) = М_e(,Т)/ М_e(,Т)_п.и., (3)

где М_e(,Т) – спектральная плотность энергетической светимости данного металла.

Для всех температур спектральный коэффициент излучения уменьшается с увеличением длины волны излучения.

Наибольший интерес среди металлов, пригодных для изготовления тела накала источников света, представляет вольфрам – самый тугоплавкий металл с температурой плавления 3660К, из которого путем протяжки можно получать нити любого необходимого диаметра.