Мета роботи. Вивчення випромінювальної здатності вольфраму

Лабораторна робота №41

Вивчення випромінювальної здатності вольфраму

Експериментально визначити випромінювальну здатність вольфраму

Для виконання лабораторної роботи студенту попередньо необхідно: знати фізичну суть і закони теплового випромінювання(§3.1, §3.2), квантову гіпотезу і формулу Планка (§3.3)

Прилади і матеріали

Оптичний пірометр із зникаючою ниткою, електрична лампочка розжарення, регулятор напруги, ватметр, блок живлення пірометра (акумуляторна батарея)

Теоретичні відомості та опис установки

Абсолютно чорні тіла є ідеалізацією реальних тіл. Теплове випромінювання реальних тіл визначається хімічною будовою тіла і станом його поверхні.

Використання властивостей теплового випромінювання тіл покладено в основу безконтактних методів вимірювання їх температури. Один з них – метод яскравісної пірометрії. Яскравісною температурою тіла Т_я у випромінюванні з довжиною хвилі l називається така температура абсолютно чорного тіла, при якій яскравість обох тіл у світлі однієї і тієї ж довжини хвилі рівні між собою. Дійсна температура пов’язана з яскравісною температурою Т_я співвідношенням:

, (3)

де ; =0,45– для вольфраму в області температур 1000–1500 ⁰ С,(ln0,45=-0,8); – середня довжина хвилі спектральної ділянки, яку пропускає світлофільтр пірометра.

Оскільки закон Стефана - Больцмана неможливо застосовувати для реального тіла, то інтегральну випромінюючу здатність такого тіла можна визначити із формули:

, (2)

де С, n – величини, які залежать від температури тіла; – дійсна температура тіла.

Якщо реальним тілом є вольфрамова нитка лампи розжарення, то при високій температурі потужність Р, яка підводиться до нитки, майже повністю витрачається на випромінювання. Тоді . Логарифмуючи вираз (2)отримаємо:

ln P = ln С + n ln T_д. (3)

Побудувавши залежність ln P від ln T_д, можна знайти n як тангенс кута нахилу прямої T_д до осі абсцис і сталу . Підставивши значення , і в (2) отримаємо значення інтегральної випромінюючої здатності R_T вольфраму.

В коло розжарювання вольфрамової нитки електричної лампочки 6 включені автотрансформатор 7 і ватметр W. В коло розжарювання еталонної лампочки 1 включені реостат , міліамперметра і акумуляторна батарея Б. Реостатом можна регулювати струм розжарювання еталонної лампочки 1 пірометра.

Рис. 1

Шкала пірометра проградуйована в градусах Цельсія по випромінюванню абсолютно чорного тіла. Шкала має дві межі вимірювання: 800...1400 ° С і 1200...2000 ° С. Еталонна лампа 1, реостат , міліамперметр вмонтовані всередині корпуса пірометра. Регулювання реостата здійснюється за допомогою гофрованого кільця, яке знаходиться ззовні на пірометрі.

Оптична схема пірометра складається з об’єктива 3, окуляра 5, червоного світлофільтра 2і дозволяє розглядати в монохроматичному світлі l =6,5×10^-7 м зображання розжареної вольфрамової спіралі лампи 1.

Димчатий фільтр використовують при вимірюванні температур в діапазоні 1400...2000° С.

Послідовність виконання роботи.

1. Увімкнути лабораторну установку в мережу 220 В. За допомогою регулятора напруги автотрансформатора встановити розжарення нитки лампочки 6, що відповідає червоному світлу.

2. Увімкнути акумуляторну батарею Б і, переміщуючи окуляр пірометра, добитися різкого зображення нитки розжарення лампочки 6.

3. Встановити на пірометрі червоний світлофільтр 2.

4. Обертаючи гофроване кільце реостата пірометра, встановити температуру 900° С нитки розжарення еталонної лампочки пірометра. Підрахунок здійснювати за верхньою шкалою пірометра. (При наступних вимірюваннях встановлювати температуру 1000, 1100, 1200, 1300° С).

5. Обертаючи ручку автотрансформатора, досягти вирівнювання яскравостей обох спіралей.

6. В момент рівності яскравостей спіралей обох лампочок визначити за ватметром значення потужності, яка споживається досліджуваною лампочкою розжарення.

7. За шкалою пірометра зробити відлік яскравісної температури (). Використовуючи формулу (2), обчислити дійсні температури вольфрамової нитки електричної лампочки, використовуючи відповідні значення .

8. Побудувати залежність від згідно з формулою (3).

9. Визначити п як тангенс кута нахилу прямої до осі абсцис а також . За визначеним з графіка значенням знайти С.

10. Обчислити величину вольфрамової нитки електричної лампочки для всіх значень .

11. Одержані дані записати в таблицю 1.

Таблиця 1

№ п/п	Тя, ^0 С	Тд, К	ln Тд	P, Вт	ln P

12. Проаналізувати отримані результати та зробити висновки.

Контрольні запитання

1. Яке випромінювання називається тепловим? Яка його відмінність від інших видів випромінювання?

1. Сформулюйте основні характеристики теплового випромінювання.

2. Дайте означення, що називається абсолютно чорним тілом?

1. Сформулюйте закон Кірхгофа для теплового випромінювання.
2. Запишіть та поясніть закон Стефана – Больцмана для теплового випромінювання.
3. В чому суть квантової гіпотези Планка?
4. Поясніть оптичний метод вимірювання температури тіл, який використовується в даній лабораторній роботі.

Дата добавления: 2015-06-04