С исчезающей нитью

СТЕФАНА - БОЛЬЦМАНА С ПОМОЩЬЮ ПИРОМЕТРА

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ

Выполнение работы

1. Ознакомиться с установкой, состоящей из двух частей: для нагревания пластинки и для измерения ее температуры (пирометра). Обратить внимание на шкалы измерительных приборов, положение стрелок, положение указателя трансформаторов (последнее должно быть на нуле).

2. На усилитель подать напряжение 220 В и прогреть усилитель в течение 10-15 минут.

П р и м е ч а н и е: стрелка измерительного прибора отклонится влево от нулевого деления. Это связано со спецификой электрической схемы усилителя. Переводить стрелку на “нуль” корректором прибора не следует, так как отклонение стрелки влево учтено при градуировке прибора.

3. Подать напряжение 220 В на установку для нагревания пластины. Медленно вращая ручку автотрансформатора в ту или иную сторону (при этом изменяется напряжение на пластине), визуально убедиться, что яркость свечения пластины изменяется.

4. Измерить не менее 5 раз температуру пластины (показания милливольтметра) при разных мощностях тока (показателя ваттметра). Начинать лучше с высоких температур (мощность 15-17 Вт), уменьшая затем мощность каждый раз на 1-2 Вт.

Одновременно необходимо измерить по термометру температуру окружающей среды. Результаты занести в табл. 9.1.

Таблица 9.1

№ изме- рения	Мощ- ность P, Вт	Пока-зания милли-	Температура	s,	<s>,
Вт/(м^2К^4)
		ампер-	окруж. среды	пластинки
		метра	to ,^0C	To ,K	t, ^0 C	T, K

5. По прилагаемому градуировочному графику и показаниям милливольтметра выразить измеренные в п.4 температуры в градусах Цельсия и Кельвина. Результаты занести в табл. 9.1.

6. По формуле (9.8) вычислить для каждого измерения постоянную s. Найти ее среднее значение.

Дополнительные данные.

1. В интервале температур проведения опыта среднее значение К = 0,6.

5. Площадь пластинки, с которой улавливается излучение, S = 3,2 ×10^{- 4} м².

3. Имеющая место некоторая неравномерность излучения по поверхности, а также тепловые потери теплопроводностью в работе не учитываются.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Тепловое излучение.

2. Величины, характеризующие излучение и излучающие тела.

3. Абсолютно черное тело. Законы теплового излучения для абсолютно черных тел.

4. Принцип определения постоянной Стефана - Больцмана (в данной работе).

5. Фотодиод. Устройство и принцип действия.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10

Цель работы: познакомиться с одним из методов определения постоянной Стефана - Больцмана.

Приборы и принадлежности: источник излучения (пластинка никеля), автотрансформатор, трансформаторы напряжения и тока, ваттметр, пирометр с исчезающей нитью ЛОП-72, термометр.

П р и м е ч а н и е: теоретические сведения и описание установки приведены в работе № 9. Отличие этой работы от работы № 9 состоит в том, что температура тела (никелевой пластинки) определяется с помощью пирометра с исчезающей нитью ЛОП-72.

Оптическая схема и конструкция пирометра ЛОП-72

Работа пирометра основана на измерении квазимонохроматической яркости излучения нагретого объекта путем уравнивания ее с яркостью эталона. В качестве эталона яркости используется пирометрическая лампа, для которой задана зависимость температуры нити от тока, протекающего по ней. Изображение источника излучения, температуру которого хотят измерить, с помощью объектива проецируется в плоскости нити пирометрической лампы. Наблюдатель, смотрящий в окулярный микроскоп, видит нить пирометрической лампы на фоне изображения источника излучения. Изменяя силу тока в пирометрической лампе, уравнивают яркость нити лампы с яркостью измеряемого объекта. Температура объекта определяется согласно “Свидетельству о государственной поверке” по величине тока, протекающего по нити пирометрической лампы в момент уравнивания яркостей нити и изображения источника излучения (никелевой пластинки). Оптическая схема пирометра приведена на рис.10.1.

В оптическую схему пирометра входят объектив 2, микроскоп 6, являющийся окуляром пирометра, пирометрическая лампа 4, светофильтры 5, поглотители 1, 3.

Микроскоп обеспечивает четкую видимость нити пирометрической лампы. Для устранения влияния отраженного света при фотометрировании баллон пирометрической лампы изготовлен со скошенными торцами. Дугообразная вольфрамовая нить лампы диаметром 100 мкм с одной стороны ошлифована на половину диаметра. Нить лампы ошлифованной стороной обращена к микроскопу (наблюдателю). Поглощающие стекла 1 и 3 предназначены для расширения диапазона измеряемых температур. Красные светофильтры служат для монохроматизации светового потока.

Общий вид пирометра показан на рис. 10.2. Пирометр оптический

ЛОП-72 представляет собой телескоп, состоящий из объектива 7 и окулярного микроскопа 11, оправы которых закреплены в корпусе пирометра. В верхней части оптической системы размещены: лампа пирометрическая 9, сектор со светофильтрами 10, сектор с поглощающими стеклами 8 и реостат с секциями грубой регулировки 13 и тонкой регулировки12, имеющими плавный ход. Для реостата указано направление вращения ручек, соответствующее увеличению тока пирометрической лампы. Реостат позволяет установить ток в интервале от 0,3 до 0,6 А с точностью 10 мкА, при напряжении источника в пределах от 4 до 6 В.

Поворотом ручки1 оптическая система пирометра перемещается в вертикальном направлении в пределах 100 мм, а ручкой 5 фиксируется в выбранном положении. При необходимости поворота в горизонтальной плоскости или наклона пирометра следует ослабить ручку 4 и вручную повернуть или наклонить оптическую систему пирометра, после чего зафиксировать выбранное положение. Конструкция пирометра обеспечивает поворот оптической системы на угол 360⁰ и наклон его на угол 15⁰. Подставка пирометра 14 имеет опоры, позволяющие плавно наклонять оптическую ось прибора в пределах 3⁰.

Для получения четкого изображения объектов, расположенных на различных расстояниях от прибора, путем вращения наружного кольца 7 объектив пирометра перемещается вдоль оптической оси. Перемещение окуляра микроскопа 11 вдоль оптической оси обеспечивает необходимую диоптрийную наводку.

Пирометр имеет пирометрическую лампу 9, которая закреплена в патроне. Для расширения температурной шкалы пирометр снабжен сектором 8 с поглощающими стеклами и съемным поглотителем 6. С помощью ручки 12 поворотный механизм сектора поглотителей 8 обеспечивает введение нужных стекол в поле зрения окуляра микроскопа. Для монохроматизации светового потока используется сектор 10 со светофильтрами. С помощью ручки 3 поворотный механизм сектора 10 обеспечивает введение соответствующих светофильтров в поле зрения окуляра микроскопа.

Дата добавления: 2015-06-04