- •201-2007 Методические указания
- •1. Тепловое излучение
- •1.1. Теоретическое введение к лабораторным работам 3.01 и 3.02
- •1.1.1. Характеристики теплового излучения
- •1.1.2. Закон Кирхгофа
- •1.1.3. Закон Стефана — Больцмана
- •1.1.4. Закон смещения (первый закон) Вина
- •1.1.5. Второй закон Вина
- •1.1.6. Оптическая пирометрия
- •1.2. Лабораторная работа 3.01. Определение температуры оптическим пирометром
- •1.2.1. Описание установки и методики измерений
- •1.2.2. Порядок выполнения работы
- •1.3. Лабораторная работа 3.02. Изучение теплового излучения
- •1.3.1. Описание установки и методики измерений
- •1.3.2. Порядок выполнения работы
- •1.4. Теоретический минимум
- •2. Фотоэффект
- •2.1. Теоретическое введение
- •2.2. Лабораторная работа 3.03. Исследование внешнего фотоэффекта
- •2.2.1. Описание установки и методики измерений
- •2.2.2. Порядок выполнения работы
- •2.2.3 Теоретический минимум
- •2.3. Лабораторная работа 3.04. Исследование фотоэлемента
- •2.3.1. Описание установки и методики измерений
- •2.3.2. Порядок выполнения работы Внимание! Переключатель п, расположенный на лицевой панели установки, должен находиться в положении вах!
- •2.3.3. Теоретический минимум
- •3. Атом водорода
- •3.1. Теоретическое введение
- •3.2. Лабораторная работа 3.05. Изучение спектра атома водорода
- •3.2.1.Описание установки и методики измерений
- •3.2.2. Порядок выполнения работы
- •3.2.3. Теоретический минимум
- •БИблиогрфический список
- •Содержание
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
1.2. Лабораторная работа 3.01. Определение температуры оптическим пирометром
Цель работы: приобретение навыков работы с оптическим пирометром; экспериментальная проверка закона Стефана-Больцмана.
Принадлежности: оптический пирометр ОППИР-09,
1.2.1. Описание установки и методики измерений
Рис.1.5
Оптический яркостный пирометр с исчезающей нитью (рис.1.5) состоит из трубы 1, внутри которой между окуляром 2 и объективом 3 помещена эталонная электрическая лампочка 4, имеющая спираль в форме полуокружности 5. Параллельно лампе включен вольтметр 6, шкала которого проградуирована в градусах температуры по Цельсию. Отсчет берется по верхней шкале для измерения температуры от 800 до 1400°С. Для измерения более высоких температур (до 2000 °С), обозначенных на нижней шкале, в поле зрения вводится ослабляющий (дымчатый) светофильтр 7, который в данной работе не используется.
Рис.1.6
Получение резкого изображения нити эталонной лампочки достигается вращением кольца с накаткой на трубе окуляра. Резкость изображения исследуемого объекта достигается выдвижением объектива. В крышке корпуса пирометра смонтирован кольцевой реостат 11, служащий для регулировки тока накала эталонной лампочки. В крайнем левом положении, когда отметки «0» на кольце реостата и крышке корпуса совпадают, ток в лампочке отсутствует. Поворот кольца по направлению стрелки увеличивает ток накала и, соответственно, температуру эталонной лампочки.
По шкале пирометра измеряется так называемая яркостная температура телаТя. Истинную температуру исследуемого тела Т можно определить по формуле:
T = Тя hc/(hc + Тя kb lnA), (1)
где h – постоянная Планка, c – скорость света в вакууме, kb – постоянная Больцмана, – длина световой волны.
Зависимость поглощательной способности вольфрама A от температуры Т при = 0,65 мкм приведена на рис. 1.7.
Зная температуру окружающей среды к и, определив с помощью пирометра температуру накаленного вольфрама , можно экспериментально определить постоянную Стефана-Больцмана .
Исследуемое тело нагревают электрическим током. Оно находится в вакууме, поэтому вся подводимая энергия излучается в окружающее пространство. Мощность, затрачиваемую на поддержание вольфрамовой спирали в накаленном состоянии, можно определить по закону Джоуля - Ленца:
P = IU, (1.16)
где I и U – соответственно, сила протекающего тока и приложенное напряжение. Приравнивая эту мощность к количеству энергии, теряемой спиралью за единицу времени в соответствии с (8) (см. теоретическое введение), получим:
P = S(4 – к4) (1.17)
где S = dl – боковая поверхность спирали, а d и l – диаметр и длина спирали. Из (3) постоянная Стефана-Больцмана будет равна:
= P/(4 – к4)S (1.18)