2. Описание экспериментальной установки

В изучается ход экспериментальных кривых спектральной плотности энергетической светимости вольфрама в зависимости от длины волны его излучения при трех различных температурах; исследуется зависимость λ_m, (длина волны, при которой наблюдается максимум данной кривой) как функция Т. Оценивается отношение коэффициентов теплового излучения для вольфрама при различных температурах. Схема экспериментальной установки представлена на рис. 2.

Рис. 2. Схема экспериментальной установки

Свет от источника 1 (лампа накаливания с вольфрамовой нитью) поступает в монохроматор 2 - спектральный оптический прибор, выделяющий узкие (квазимонохроматические) участки спектра оптического излучения. Основной частью монохроматора является диспергирующий элемент 3, пространственно разделяющий излучение с различными длинами волн, отклоняя лучи на разные углы от первоначального направления. Выделение нужного участка спектра осуществляется поворотом диспергирующего элемента на угол φ с помощью барабана 4. При этом излучение в узком спектральном интервале выводится из монохроматора через щель Щ2 (рис. 2). В качестве диспергирующего элемента использованы две стек­лянные призмы. Описание устройства двойного монохроматора ДМР-4, приведено в Приложении П.

Приемник излучения 5 (термоэлемент РТН-30С, см. Приложение III) имеет практически равномерную спектральную характеристику в исследуемом диапазоне длин волн: от 400 нм до 1000 нм. Показания микровольтметра (мультиметра) б, подключенного к приемнику излучения, про­порциональны потоку излучения, прошедшего через выходную щель Щ2 монохроматора, в интервале длин волн λ ÷λ + δλ. Зависимость показателя преломления n(λ) стеклянной призмы от длины волны является нелинейной. Поэтому при разных углах поворота φ барабана 4 и неизменной ширине l выходной щели монохроматора в приемник излучения попадают волны с различными интервалами δλ (рис. 3). Интервал δλ определяется шириной l выходной щели и угловой дисперсией монохроматора

D(λ) = δα / δλ , где δα - разность углов отклонения лучей для двух длин

волн λ₁ и λ₁ + δλ. Значения угловой дисперсии монохроматора D(λ) в функции от угла поворота барабана φ даны в градуировочной таблице на установке. В этой же таблице приведены значения длины волны λ в функции угла φ.

При падении пучка света 1 от лампы накаливания на призму 2 (рис. 3) через щель Щ2 шириной l проходят волны в интервале λ₁ ÷ λ₁ + Δλ₁. Как показано на рис. 3, при повороте призмы 2 на угол θ (новое положение призмы показано пунктиром) через щель Щ2 в приемник излучения пройдут волны в интервале λ₂ ÷ λ₂ + Δλ₂, причем Δλ₂ < Δλ₁ (λ₂ < λ₁).

Рис.3. К учету угловой дисперсии монохроматора

Т аким образом, спектральная плотность энергетической светимости тела r_λ,T пропорциональна показанию микровольтметра U(λ) умноженному на угловую дисперсию монохроматора D(λ):

Величина r_λ,T может быть измерена, если учесть следующие особенности установки:

1) не весь поток излучения от источника света попадает во входную щель монохроматора; 2) вошедший в монохроматор поток частично им поглощается (рассеивается); 3) приемник излучения характеризуется определенной чувствительностью к излучению. Перечисленные особенности экспериментальной установки приводят к следующему соотношению:

где r_λ,T - спектральная плотность энергетической светимости тела; U(λ) - напряжение на выходе приемника излучения в интервале длин волн λ = λ + δλ; D(λ) - угловая дисперсия монохроматора; Ω - светосила монохроматора; T₀(λ) - спектральный коэффициент пропускания монохрома­тора; S(λ) - спектральная коэффициент приемника излучения (см. Прило­жение III). В данной лабораторной работе Ω , T(λ) и S(λ) являются посто­янными величинами; следовательно, (8) можно представить как

где К - постоянный коэффициент: К = Ω Τ₀(λ)/S(λ). Размерности приве­денных величин: [r_λ,T] - Вт/м³, [D(λ)]- м^-1, [U(λ)] - В , [S(λ)] - В/Вт.