2Б. Описание лабораторной установки

Блок-схема лабораторной установки приведена на рис. 3.

Источником теплового излучения служит лампа накаливания Л1 , размещенная в кожухе на подставке. Накал нити лампы можно менять, подавая на нее переменное напряжение от источника питания 2. Мощность, потребляемая лампой накаливания, измеряется ваттметром 3. Для измерения температуры нити накала лампы используют пирометр 4.

2Б.1 Измерение температуры оптическим пирометром

Оптический пирометр позволяет измерять температуру нагретых тел без непосредственного контакта с ними. Схема оптического пирометра приведена на рис.4.

В фокусе объектива О помещается электрическая лампочка Л с изогнутой нитью накала. Нить лампочки и совмещенное с ней (при помощи объектива) изображение поверхности источника излучения (И) наблюдается в оку ляр (Ок). Наблюдение ведется через светофильтр (Ф), пропускающий узкую полосу длин волн в области 660 нм.

Реостатом (R) накал нити лампочки пирометра изменяют так, чтобы нить исчезла на фоне излучающего источника. Таким образом, устанавливается накал нити, при котором ее испускательная способность в области 660 нм совпадает с испускательной способностью излучающего источника.

Предварительно пирометр градуируется по абсолютно черному телу, т.е. устанавливается, при какой силе тока в нити лампочки она излучает в области 660 нм, как абсолютно черное тело данной температуры. Проградуировав таким образом пирометр, можно, наблюдая абсолютно черный излучатель, определить его температуру непосредственно по показаниям амперметра. При определении температуры нечерных тел оптическим пирометром получают не истинную температуру тел, а ту температуру, которую должно иметь абсолютно черное тело для того, чтобы оно испускало то же излучение, что и исследуемое тело ( в области пропускания светофильтра). Эту температуру называют яркостной. Яркостная температура тела для различных участков тела различна и ниже истиной температуры. Для определения истинной температуры достаточно умножить значение яркостной температуры на отношение . Величина этого отношения для вольфрама в зависимости от температуры приведена в таблице 3.

Таблица 3 Множитель для определения истинной температуры по измеренной яркостной температуре для вольфрама.

T, яр, К	1000	1100	1200	1300	1400	1500	1600	1700	1800
	1,037	1,043	1,046	1,051	1,056	1,060	1,065	1,070	1,074

3Б. Задания и порядок выполнения работы

Задание 1

Определение постоянной Стефана–Больцмана

1. Подайте на лампу накаливания мощность равную 10 Вт.

2. Оптическим пирометром измерьте яркостную температуру t_яр^ОС нити накаливания и выразите ее в абсолютной шкале температур . По таблице 1 определите отношение для данной температуры и найдите истинную температуру T. Результаты измерений занесите в таблицу.

Таблица 4 Таблица экспериментальных результатов

№ п/п	P, Вт	tяр, ^ОС	Тяр,K	T,K	,	<>
1	10
2

7

3. Выполните пункты 1, 2, подавая на лампу мощность 20, 30, 40, 50, 60, 70 Вт.

4. Так как энергия, потребляемая лампой, почти полностью расходуется на излучение, то потребляемая лампой мощность P, поверхность нити накала S и ее энергетическая светимость связаны соотношением , откуда

Вычислите по этой формуле постоянную Стефана–Больцмана для всех измерений и найдите ее среднее значение.

Задание 2

Зная постоянную Вина и температуру нити накаливания, из закона смещения Вина найдите длину волны , на которую приходится максимум испускательной способности нити накаливания для разных температур.

Контрольные вопросы

1. Какое излучение называется тепловым?

2. Чем отличается тепловое излучение от других видов излучения?

3. Какое излучение называется равновесным?

4. Перечислите основные характеристики теплового излучения и дайте их определения.

5. Какое тело называется абсолютно черным?

6. Сформулируйте и запишите основные законы теплового излучения абсолютно черного тела.

7. Что такое серое тело? Можно ли с использованием серого тела изучать законы теплового излучения?

8. Изобразите графически зависимость испускательной способности абсолютно черного тела от длины волны для различных температур. Проанализируйте ход этих кривых.

9. В чем заключается квантовая гипотеза Планка?

10. Объясните принцип работы оптического пирометра.

11. Какая температура измеряется оптическим пирометром?

12. Температура печи повысилась от 370 ^О С до 68 ^О С. Во сколько раз увеличилась ее энергетическая светимость?