Описание метода и установки

Определение постоянной Стефана - Больцмана в нашем случае производится из следующих соображений. Энергия, излучаемая в 1 секунду единицей поверхности реального тела, находящегося при температуре T, в окружающую среду, имеющую температуру T₀, равна

. (9.6)

Таким образом, если К задано, то для определения достаточно измерить R', T₀ и T.

Если излучающее тело в виде, например, никелевой пластинки нагревать путем пропускания через нее электрического тока, то R' можно определить по мощности этого тока. Считая, что все выделяющееся в пластине тепло теряется излучением, можно записать

, (9.7)

где I - сила тока, проходящего через пластинку; U - падение напряжения на пластинке; S - площадь поверхности пластинки (пластинка излучает в обе стороны).

Сравнивая выражения (9.6) и (9.7), получим

или

, (9.8)

где P = IU - мощность тока.

По этой формуле и определяют постоянную Стефана - Больцмана.

Схема включения никелевой пластинки в цепь показана на рис.9.1. Напряжение в 220 В от городской сети подается на автотрасформатор (ЛАТР). С автотрансформатора напряжение поступает на первичную обмотку силового понижающего трансформатора (СТ), во вторичную обмотку которого включена никелевая пластинка. Тепловая мощность, выделяемая пластинкой, оценивается по мощности потребляемого тока. Мощность тока определяется ваттметром W.

Так как сила тока, идущего через пластинку, велика, а падение напряжения на пластинке мало, то токовая обмотка и обмотка напряжения ваттметра подключаются соответственно через измерительные тран­с­фор­ма­торы тока (ИТТ) и напряжения (ИТН). Коэффициенты транс­фор­мации ИТТ и ИТН подобраны таким образом, что одно деление шкалы ваттметра соответствует 1 Вт.

Измерение температуры тела (пла­стинки) производится при по­мо­щи фото­элек­три­чес­ко­го пи­ро­ме­тра, схема которого показана на рис. 9.2. Здесь 1 – за­щитное сте­кло, 2 - корпус, 3 - диафрагма, 4 – фо­тодиод, 5 - усилитель, 6 –из­ме­ри­тельный прибор (mА).

Основным элементом дан­но­го пирометра является фотодиод, ко­торый играет роль датчика, преобразующего световой сигнал в электрический. Фотодиод пред­ста­вля­ет собой систему из двух полупроводников с разными типами проводимости, с наличием n-p-перехода. При освещении n-полупроводника в его объеме освобождаются электроны, которые диффундируют в p-полупроводник. В результате между n и p частями возникает разность потенциалов, пропорциональная интенсивности падающего света.

В данной установке на фотодиод падает излучение, даваемое нагретой пластинкой. Так как энергия излучения зависит от температуры пластинки, а сигнал на фотодиоде - от падающей на него энергии излучения, то по сигналу фотодиода можно судить о температуре пластинки. Разность потенциалов с фотодиода подается на усилитель, а с него - на измерительный прибор. Пирометр был предварительно проградуирован по термопаре.