ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Порядок работы с пирометром
Пирометр визуальный промышленный «Проминь» со встроенным измерительным прибором является яркостным пирометром с исчезающей нитью.
Пирометр предназначен для измерения яркостной температуры поверхности раскаленных твердых и жидких тел в различных отраслях промышленности, а также при проведении научных исследований.
Проведение измерений
а) При измерении температуры пирометр удерживается в левой руке так, чтобы ладонь охватывала рукоятку 2 (см. рис. 5), средний палец – на кнопке измерения. Нажатием среднего пальца включается ток в цепь пирометрической лампочки, а поворотом ручки 4 с правой стороны корпуса яркость нити увеличивается, пока нить не станет видимой через красный светофильтр 7 окулярной системы.
Перемещением окуляра 6 добиваются резкой видимости нити в поле зрения. Следует иметь в виду, что положение окулярной трубки, обеспечивающее резкую видимость нити, несколько зависит от того, введен или выведен красный светофильтр 7.
б) Наводка объектива пирометра «на резкость» производится передвижением объектива 9, который следует перемещать, плавно поворачивая его вокруг продольной оси.
Наводку пирометра на объект, особенно если последний имеет небольшие размеры, удобнее производить при выведенном поглощающем фильтре.
Пирометр следует визировать так, чтобы изображение измеряемого участка объекта находилось в центральной части зрения против указателя.
|
|
|
в) Перед наводкой пирометра на объект следует установить необходимый предел измерения поворотом ручки переключателя диапазонов 8 на верхней части корпуса
Положение ручки переключателя диапазонов:
против цифры 1 соответствует диапазону измерения 800 – 1400°C,
тоэлемента через синий и красный светофильтр. Данные занесите в таблицу 1.
Таблица 1.
| № п/п | I | U | P | 
| 
| Тя | Т | σ |
| 1 |
4. Для тех же значений силы тока накала лампы проведите измерения яркостной температуры нити накала. С правилами измерения ознакомьтесь по техническому описанию пирометра. Данные занесите в таблицу 1.
5. Вычислите значения постоянной Стефана-Больцмана для каждого измерения. Найдите среднее значение.
6. Вычислите значения постоянной Планка для нескольких наиболее высоких значений температуры нити накала. Найдите среднее значение.
Вопросы и упражнения.
1. Что понимают под термином «тепловое излучение»? Сформулируйте законы теплового излучения.
2. Начертите график распределения энергии в спектре абслютно черного тела. Как он изменится при увеличении температуры тела?
|
|
|
3. Какую температуру должно иметь тело, чтобы максимум излучательной способности лежал в «красной» области видимого спектра?
4. Оцените по порядку величины, какую энергию излучает человек в течение суток.
5. Что такое люминесценция?
где I - сила тока накала лампы, U - напряжение на лампочке, S- площадь поверхности нити лампочки (S=1 см2). Из (5) следует
(6)
Поиски явного вида функции для испускательной способности абсолютно черного тела привели М. Планка к установлению зависимости, утверждающей квантовый характер излучения и поглощения энергии атомами и молекулами
(7)
где h - постоянная Планка, с - скорость света в вакууме, k - постоянная Больцмана, l - длина волны излучения.
Спектральную испускательную способность реального тела по (3) можно записать так:
(8)
Найдем отношение спектральных излучательных способностей тела для двух длин волн λ1 и λ2 при некоторой температуре Т :
(9)
Для длин волн, лежащих в видимой области спектра, когда exp(hc/kTl)>>1 в формуле (9) можно пренебречь единицей, имеем:
(10)
|
|
|
Запишем отношение величин (10) для двух температур T1 и T2:
(11)
Рассмотрим коэффициент, содержащий отношения поглощательных способностей тела. Зависимость Al,Т от температуры для вольфрама дана на рисунке 2, из которого следует, что отношение 
близко к единице и его можно опустить.
Логарифмируя соотношение (11) и решая полученное соотношение относительно h, получим:
(12)
где введено обозначение
(13)
| Рис. 2 |
Описание экспериментальной установки.
Для опытов с тепловым излучением используется лампа К-21-150 с вольфрамовой нитью накала. Мощность, затрачиваемая на накал лампы, измеряется с помощью вольтметра и амперметра выпрямителя ВС-24.
Для выделения теплового излучения, соответствующего определенному интервалу длин волн, используются красный и синий светофильтры со средними длинами волн l кр = 610 нм и l син =460 нм.
Об отношении испускательных способностей для выделенных длин волн можно судить по силе тока в цепи селенового фотоэлемента. Чувствительность (поглощательная способность) фотоэлемента примерно одинакова к синему и красному цвету, поэтому отношение фототоков будет равно отношению спектральных испускательных способностей для этих длин волн.
|
|
|
Температура излучающего тела – нити накала лампы определяется при помощи радиационного оптического пирометра “Проминь”. По шкале прибора определяют так называемую яркостную температуру Тя. Истинная температура тела определяется по графику, данному на рисунке 3.
| Рис. 3 |
Измерение и обработка результатов
1. Соберите схему в соответствии с рисунком 4.
| Рис. 4 |
2. Сцентрируйте оптическую систему: нить накала, окошко со светофильтрами и фотоэлемент должны находиться на одной прямой.
3. Включите лампу К-21-150. Пользуясь регулятором напряжения ВС-24, изменяйте величину напряжения на лампе и силу тока накала. Для 5-7 значений тока накала измерьте силу тока в цепи фо-
БРЯНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
имени академика И. Г. Петровского
КАФЕДРА ОБЩЕЙ ФИЗИКИ
ЛАБОРАТОРИЯ АТОМНОЙ, ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ И ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7
ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
БРЯНСК
2004
БРЯНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
имени академика И. Г. Петровского
КАФЕДРА ОБЩЕЙ ФИЗИКИ
ЛАБОРАТОРИЯ АТОМНОЙ, ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ И ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7
Дата добавления: 2021-11-30; просмотров: 30; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!