2. Вывод рабочей формулы

Пусть телу (в нашем случае нить накала – вольфрамовая спираль газонаполненной лампы) сообщается в единицу времени энергия W в виде Джоулева тепла: .

Тогда между телом (нитью) и окружающей средой происходит теплообмен, обусловленный тремя процессами: конвективным теплообменом, теплопроводностью и лучистым теплообменом. В каждом конкретном случае на долю лучистого теплообмена (тепловое излучение и поглощение) приходится от 10% до 90% энергии.

В данной лабораторной установке W_изл=0,55W и тогда, в соответствии с определением энергетической светимости, получим:

, (9)

где I - ток, протекающий через лампу;

U - напряжение на лампе;

S - площадь поверхности спирали S = (200±4) мм².

Интегральный коэффициент черноты образца (вольфрамовой спирали) может быть определён из (8) с учётом (9):

(10)

В настоящей работе температура спирали определяется оптическим пирометром, который называется иногда яркостным, или пирометром с исчезающей нитью. Прибор предварительно градуируется по абсолютно чёрному телу. Для серого тела (каковым является исследуемый образец) прибор даёт то значение температуры t_Я (^оС), при которой яркость абсолютно чёрного тела равна яркости исследуемого образца. Истинная температура Т (К) серых тел всегда больше яркостной Т_Я и её можно определить по формуле:

, (11)

где - монохроматический коэффициент черноты, который в интервале температур (1000-3000) К приблизительно равен =0,4;

к- постоянная Больцмана;

ћ- постоянная Планка;

c - скорость света.

Сделав подстановку, получим:

(12)

3. Экспериментальная установка

Установка по определению интегрального коэффициента черноты состоит из следующих основных элементов (рис.1): исследуемого образца (лампы с вольфрамовой нитью накаливания) в кожухе 1, блока питания 2 исследуемого образца и оптического пирометра, измерительных приборов 3 и 4 , оптического пирометра 5, автотрансформатора 6.

Принципиальная электрическая схема установки представлена на рис.3 в Приложении. В схеме питания оптического пирометра предусмотрена стабилизация напряжения питания, для чего в первичную обмотку трансформатора Тр3 включены стабилитроны.

Схема оптического (яркостного) пирометра, или пирометра с исчезающей нитью, представлена на рис.2. Имеющая форму полуокружности нить лампочки 3 лежит в плоскости, перпендикулярной к оси прибора. Объектив 1 создаёт в той же плоскости изображение исследуемого объекта. Светофильтр применяется при температурах (1400-2000) ˚С.

Окуляр 4 служит для получения увеличенного изображения нити лампы 3 и исследуемого образца и устанавливается по глазу наблюдателя индивидуально. Гальванометр 5 проградуирован в градусах Цельсия. При использовании дымчатого светофильтра 2, который ослабляет излучение от исследуемого образца, пользуются нижней шкалой гальванометра (в данной работе не используется).

Температура исследуемых образцов при помощи оптического пирометра определяется следующим образом. Добившись движением объектива 1 вдоль оптической оси пирометра резкого изображения исследуемого образца, при помощи реостата 6, выполненного в виде кольца на лицевой части пирометра, изменяют силу тока, протекающего через лампочку 3, и добиваются того, чтобы верхняя часть нити лампы как бы исчезла на фоне исследуемого объекта. По шкале гальванометра 5, в зависимости от используемого светофильтра, определяют температуру (в данной установке - по верхней шкале).

Если исследуемый объект представляет собой абсолютно чёрное тело, то по накалу лампочки 3 непосредственно измеряют его истинную температуру. Если же объект является серым телом, то пирометром измеряется яркостная температура t_Я, а истинная температура рассчитывается по формуле (12).