2. Описание экспериментальной установки и методики эксперимента

Закон Кирхгофа

(2.1)

позволяет найти спектральную лучеиспускательную способность серого тела, если известен его материал, а, следовательно, известна спектральная лучепоглощательная способность(определяется экспериментально в светотехнических лабораториях и указывается в таблицах или графиках (рис.2.2). Такая постановка задачи имеет практическую целесообразность.

Решение ряда научных и практических задач связано с измерением температуры нагретых тел методами пирометрии. Информацию о величине температуры получают из анализа светового потока нагретых тел. Для решения задачи требуется надежная связь между температурой нагретых тел и распределением энергии в спектре их излучения. Излучательные характеристики тел зависят не только от материала, но и от состояния его поверхности. К настоящему времени накоплен большой фактический материал об излучательных свойствах различных материалов. Для практических целей широкое применение нашел вольфрам. Для видимой и ближней инфракрасной области спектра надежной аналитической формулы для в литературе не приведено, поэтому надо пользоваться экспериментальными данными . Значениядля вольфрама приведены на рис. 2.2 и в приложениях П.1 и П.2. Для вольфрама. в справочных таблицах приводится не спектральная лучепоглощательная способность, а спектральный коэффициент излучения. Тогда выражение (2.1) принимает вид:

. (2.2)

При проведении учебного эксперимента возможна постановка обратной задачи, когда по измеряемой спектральной лучеиспускательной способности тела и известной его спектральной лучепоглощательной способностисогласно закону Кирхгофа определяют спектральную лучеиспускательную способность черного тела. Таким образом, измеряя спектральную лучеиспускательную способность вольфрама несложно определить спектральную лучеиспускательную способность черного тела, т.е. «проверить» формулу Планка (1.9).

Спектральная лучеиспускательная способность нагретого тела может быть измерена методами спектроскопии с помощью экспериментальной установки, изображенной на рис.2.3.

Рис.2.3. Блок-схема установки

1. нагретое тело, 2- интерференционный светофильтр,

3-фотоприемник, 4-мультиметр.

Интерференционный светофильтр из всего спектра излучения выделяет узкую область спектра, определяемую его полосой пропускания. Фотоприемник преобразует оптический сигнал в электрический. При исследовании спектров излучения нагретых тел необходимо проводить измерения не только в видимой области спектра, но и в инфракрасной. Тогда можно использовать тепловой приемник РТН, в котором температура приемной площадки измеряется набором термопар. Мультиметр измеряет термо-ЭДС приемника. Показания мультиметра пропорциональны величине светового потока, прошедшего через интерференционный светофильтр, т.е. зависят как от полуширины спектрального пропускания , так и коэффициента спектрального пропускания светофильтра . Перепишем (2.1) в виде :

. (2.3)

Для проведения абсолютных метрологических измерений величин световых потоков такая установка должна быть откалибрована в метрологической лаборатории по эталонной лампе с известными излучательными характеристиками. Часто в качестве эталонной лампы используется лампа с ленточным телом накаливания, изготовленным, например, из вольфрама.

Рис.2.4. Зависимость интегрального коэффициент излучения вольфрама от температуры.

Экспериментальная установка УКЛО – 4Б снабжена необходимыми электроизмерительными приборами. На передней панели (рис.2.5) расположены мультиметр 1, переключатель «накал» 2, осуществляющий регулировку режимов вольфрамовой лампы (позиции «0» соответствует выключенная лампа, тумблер включения лампы 3 – «лампа» с индикацией, тумблер включения установки «сеть» 4 с индикацией, в прорезь видна регулируемая диафрагма со светофильтрами 5, позиции 1 соответствует интерференционный светофильтр с длиной волны 600 нм, позиции 2 - интерференционный светофильтр с длиной волны 1000 нм, позиции 3 - интерференционный светофильтр с длиной волны 1300 нм , позиции 4- интерференционный светофильтр с длиной волны 1600 нм, позиции 5 - интерференционный светофильтр с длиной волны 2000 нм, позиции 6 - нейтральный светофильтр . В установке используется вольфрамовая лампочка номинальным напряжением питания 12В и мощностью 50Вт. Предусмотрено уменьшение напряжения питания ступенями по 2В.