Лабораторная работа 313 определение постоянной стефана-больцмана с помощью оптического пирометра с исчезающей нитью типа оппир-09

Цель работы - ознакомиться с законами теплового излучения, изучить ра­боту оптического пирометра, измерить с его помощью температуру нагретого те­ла, определить величину постоянной Стефана-Больцмана.

Принципиальная схема оптического пирометра с исчезающей нитью приведена на рис. 4. Исследуемым телом S служит нить кинолампы при разных значениях подводимой к ней мощности.

При температуре окружающей среды Т₀ энергетическая светимость нити может быть выражена формулой (4);

R_To = σT_o⁴

При пропускании электрического тока через кинолампу температура нити повысится до Т. При этом энергетическая светимость станет равной

R_T = σT⁴

Из определения энергетической светимости (с.З) следует, что мощность, затрачиваемая на поддержание температуры Т нити в среде с температурой Т₀ равна (R_T - R_To)S, где S- площадь поверхности излучения нити кинолампы. При высокой температуре эта мощность будет равна мощности тока накала и может быть определена по показаниям вольтметра 5 и амперметра 6 (рис.6):

(R_T - R_To)S = IU,

или

σ(T_o - T_o⁴)S = IU

где I - сила тока в кинолампе; U - падение напряжения на кинолампе. Отсюда

(23)

Поскольку температура накала Т нити кинолампы в несколько раз превышает температуру Т₀ окружающей среды, формулу (23) можно представить в виде

(24)

Описание установки

Общий вид установки для измерения температуры тела оптическим пирометром представлен на рис. 6, где 1 - пирометр типа ОППИР-09; 2 – блок питания эталонной лампы накаливания Л пирометра (см. рис. 4); 3 - кинолампа, нить которой служит исследуемым телом; 4 - автотрансформатор ЛАТР, питающий кинолампу; 5 - вольтметр, измеряющий напряжение U, подаваемое на кинолампу; 6 - амперметр для измерения тока накала I кинолампы; 7 – рифленое кольцо; 8 - шкала измерительного гальванометра G, вмонтированного внутрь пирометра; 9 - оправа окуляра; 10 - ручка красного светофильтра Ф₂ ; 11 -объектив.

В корпус пирометра вмонтирован реостат, регулирующий силу тока в цепи эталонной нити накаливания. Движок реостата в виде рифленого кольца 7 расположен на передней стенке корпуса. Ток накаливания увеличивается поворотом этого кольца по часовой стрелке.

Рис. 5

Шкала 8 измерительного гальванометра G проградуирована в градусах Цельсия. Температуры ниже 1200°С измеряют по верхней шкале гальванометра. Температуры выше 1200°С измеряют по нижней шкале, предварительно введя в поле зрения серый светофильтр Ф₁; (см, рис. 4) с помощью накатанной головки, расположенной на корпусе гальванометра позади шкалы. Светофильтр введен, если белая указательная точка на головке совпадает с индексом «20» на корпусе;

светофильтр не введен, если индекс и точка смещены на 1/4 оборота. Красный светофильтр Ф₂ расположен в оправе окуляра 9.