Методика проведения эксперимента

В данной работе изучается тепловое излучение раскаленной нити электрической лампочки накаливания. Очевидно, что температура нити лампы зависит от величины тока накала. Для установления этой зависимости необходимо произвести ряд измерений тока накала I и температуры накала нити Т.

Измерение температуры накала нити производится с помощью оптического пирометра с исчезающей нитью яркостным методом.

Измеряя напряжение U на нити исследуемой лампы, можно определить мощность Р, подводимую к нити, т.е. расходуемую на нагрев.

При высоких температурах почти вся мощность подводимая к АЧТ расходуется на излучение и можно считать, что она равна выражению:

(4)

где R_T энергетическая светимость тела при абсолютной температуре нагрева Т, а - при абсолютной комнатной температуре Т₀, S - общая поверхность раскаленной нити.

С другой стороны, мощность Р можно вычислить по формуле:

(5)

Принимая вольфрамовую нить накала лампы за абсолютно черное тело, и исходя из формулы (3) можно выражение (4) преобразовать к виду:

(6)

Отсюда

(7)

В формулы (6) и (7) входит истинная температура нагретого тела (нити накала), с помощью же пирометра измеряется так называемая яскостная температура Т_ярк поскольку измерения проводятся методом сравнения яркостей двух нитей. Для определения истинной температуры Т необходимо сделать поправку с помощью пересчета формуле, связываюшей истинную температуру тела с его яркостной температурой:

(8)

Величина ε_λ,T зависящая от длины волны и температуры, имеет свое значение для каждого материала и определяется предварительно с помощью специального измерения. Значение ε_λ,T для вольфрама равно 0,43 при λ_кр = 6500 Å а

(9)

где h - постоянная Планка, с - скорость света, k - постоянная Больцмана.

Для определения истинной температуры можно воспользоваться калибровочным графиками, построенными предварительно для различных материалов нити накала, который связывает истиную температуру тела с его яркостной температурой. Материалом нити накала исследуемой лампы накаливания является вольфрам, необходимые для расчета истинной температуры нити накала таблицы и графики имеются в руководстве по использованию оптического пирометра.

Графический метод определения истинной температуры более быстрый и удобный.

Используя найденное значение постоянной Стефана-Больцмана σ находят постоянную Планка h:

(10)

Порядок выполнения работы

1. Пользуясь техническим описанием (ТО), изучить устройство и правила пользования оптическим пирометром ОППИР-09.

2. С помощью пирометра измерить яркостную температуру Т_ярк нити накала исследуемой лампы при различных (не менее 3-х) значениях тока накала У, одновременно измеряя напряжение U на нити лампы.

3. По результататам измерений, пользуясь формулой (8) рассчитать значения истинной температуры Т при различных токах накала нити.

4. Построить график зависимости температуры нити накала лампы от тока накала T(I).

5. По результатам измерений, пользуясь формулой (7), рассчитать постоянную σ Стефана - Больцмана, оценить погрешность. Принять для исследуемой нити

6. По формуле (10) рассчитать постоянную Планка h, оценить погрешность.

7. Результаты измерений и вычислений внести в таблицу:

NN

I

U

Tярк

T

ΔTярк

ΔT

S

σ

Δσ

h

Δh

1 3 2

Контрольные вопросы

а) для допуска к работе

1. Какова оптическая схема экспериментальной установки и в чем заключается принцип работы пирометра с исчезающей нитью?

2. Что такое яркостная и истинная температуры?

Дата добавления: 2015-06-04