Министерство образования Республики Беларусь

Гомельский государственный технический университет им. П.О. Сухого

Кафедра физики

Лабораторная работа № 12

Определение постоянной Стефана Больцмана при помощи оптического пирометра

Выполнил студент группы ПЭ-22:

Мельник А.В.

Проверил преподаватель:

Зыков А.Л.

Гомель 2001

Цель работы: a) изучить законы теплового излучения

б) ознакомиться с методами оптической пирометрии

в) определить постоянную Стефана Больцмана

Приборы и принадлежности: оптический пирометр с исчезающей нитью, пластинка из вольфрама, вольтметр, амперметр, ЛАТР

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1. Тепловое излучение

Тепловым излучением называют электромагнитное излучение тела, обусловленное возбуждением его атомов или молекул вследствие теплового движения. Этот вид излучения происходит за счет той части внутренней энергии, которая связана с беспорядочным движением его частиц.

Отличительной особенностью теплового излучения является его равновесность. Это означает, что между телом, заключенным в пустую адиабатическую оболочку, и его излучением устанавливается термодинамическое равновесие.

Спектральной плотностью энергетической светимости тела ^r_iT называют величину энергии, излучаемой в единицу времени единицей поверхности тела в единичном интервале длин волн при температуре T. Эта величина является функцией длины волны и температуры тела T. Она зависит от природы тела.

Энергетической светимостью R_T называют величину энергии, излучаемой в единицу времени единицей поверхности тела во всём интервале длин волн от до при температуре Т.

R_T=r_iTd

Коэффициентом монохроматического поглощения a_iT называют безразмерную величину, показывающую, какую часть энергии падающего излучения в единичном интервале длин волн тело поглощает при температуре Т. Согласно этому определению:

a_iT=

где - энергия соответственно падающего и поглощаемого излучения длины волны .

0<= a_iT<=1

при a_iT =1 тело называют абсолютно черным (в природе таких тел нет)

Очень близкой моделью абсолютно черного тела является небольшое отверстие в замкнутой оболочке из любого материала. Луч, проникший в такую оболочку, испытывает в ней многократное отражение и практически не выходит из неё.

Тела, покрытые сажей или платиновой чернью, приближаются по своим свойствам к абсолютно черным лишь в ограниченном интервале волн. r_iT =_iT

2. Измерение температуры с помощью оптического пирометра.

То обстоятельство, что состав излучения и количество излучаемой телом энергии сильно зависит от его температуры, позволяет посредством измерения излучения раскаленного тела достаточно точно измерить его температуру. В данной работе измерение температуры тела производится с помощью оптического пирометра с исчезающей нитью. Этот прибор применяется в различных отраслях промышленности для измерения температур в пределах 700-2000С.

Устройство оптического пирометра позволяет сравнивать яркости нити эталонной лампы накаливания и источника излучения, температуру которого мы должны измерить. При совпадении яркостей этих объектов нить не видна (исчезает). Из равенства яркостей нити и исследуемого источника для выбранной длины волны, определяемой светофильтром пирометра, можно определить температуру. Затем по формуле:

можно рассчитать постоянную Стефана-Больцмана. Где:

площадь спирали

хай-ка данной лабораторной работы

U- напряжение на нагреваемом объекте

J- сила тока в цепи

T- абсолютная температура нагретого тела, находится непосредственно в процессе проведения опыта.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1. Установил ручку ЛАТРа на 0 и включил его в сеть.

2. Вращая ручку ЛАТРа по часовой стрелке, установил по амперметру ток 100-150 А, выждал, пока появится красный накал из окислившегося вольфрама.

3. Перемещением объектива и окуляра установил объектив пирометра на отчетливую видимость нити лампочки пирометра. Среднюю часть нити установил по центру пластинки.

4. Вращая кольцо пирометра по часовой стрелке, установил соответствующий накал лампочки (на фоне пластины нить не видна).

5. Читаю на показывающем приборе температуру, на основании данных таблицы перехода яркостей температуры к действительной определяю действительную температуру накала пластинки.

6. Произвожу записи в таблице:

Вывод: изучил законы теплового излучения; ознакомился с методами оптической пирометрии; определил постоянную Стефана-Больцмана при помощи оптического пирометра.