Отже, закон Стефана - Больцмана для сірого тіла має вигляд

. (2.5)

Випромінювання реальних фізичних тіл взагалі не збігається з випромінюванням абсолютно чорного та сірого тіл. Але в деяких випадках можна вважати, що теплове випромінювання реальних фізичних тіл близьке до випромінювання абсолютно чорного або сірого тіла.

Так, на досліді було встановлено, що теплове випромінювання вольфраму в температурному інтервалі 1000 … 1400 ˚С наближено збігається з випромінюванням сірого тіла.

У лабораторній роботі використовується теплове випромінювання нагрітої до високої температури вольфрамової спіралі, поглинальна здатність якої = 0,3.

Для визначення сталої σ використовується закон Стефана – Больцмана для сірого тіла (2.6):

. (2.6)

Таким чином, експериментально визначивши енергетичну світність вольфраму та вольфрамової спіралі, за формулою (2.6) можна розрахувати сталу Стефана – Больцмана.

Якщо вважати, що вся енергія електричного струму, що протікає через вольфрамову спіраль, перетворюється в енергію теплового випромінювання, то

, (2.7)

де І – сила струму, U – напруга, яка прикладена до спіралі, S – площа поверхні спіралі.

Підставивши значення із (2.7) у (2.6), отримаємо розрахункову формулу для визначення сталої Стефана – Больцмана:

. (2.8)

Для вимірювання температури розжареної вольфрамової спіралі використовується оптичний пірометр. Принцип його дії заснований на порівнянні яскравості досліджуваного тіла із яскравістю еталонного джерела світла – нитки розжарювання еталонної лампи, яка розміщена всередині пірометра.

Схематичне зображення оптичного пірометра показано на рис. 2.1.

Рис. 2.1

Нагріте тіло, температуру якого треба виміряти, ставиться перед лінзою L₁ пірометра на такій відстані, щоб отримати зображення його поверхні в площині нитки розжарювання еталонної лампи приладу. Оптична система L₂ служить окуляром. При вимірюванні температури в діапазоні 700…800 ˚С світлофільтр Ф не використовується, в діапазоні 800…1200 ˚С використовується червоний фільтр, а в діапазоні 1400…2000 ˚С – димчастий. Гальванометр G проградуйовано за температурною шкалою Цельсія. Коли використовується фільтр, температуру визначають за верхньою шкалою пірометра, яка проградуйована по випромінюванню абсолютно чорного тіла. Якщо тіло, температура якого випромінюється, не є абсолютно чорним, то пірометр показує температуру Т такого абсолютно чорного тіла, яскравість якого дорівнює яскравості даного тіла у відповідному діапазоні довжин хвиль. У цьому разі температура тіла називається яскравісною. Якщо ж поглинальна здатність тіла близька до одиниці, то яскравісна та дійсна температури практично збігаються.

Щоб визначити температуру розжареного тіла, за допомогою реостата R змінюють силу струму, який протікає через нитку лампи пірометра, і домагаються, щоб верхня частина розжареної нитки лампочки пірометра зникла на фоні зображення досліджуваного об’єкта. Після цього за показами пірометра визначають температуру.

Потрібне устаткування: оптичний пірометр, джерело теплового випромінювання (спіраль електричної лампочки розжарювання), амперметр, вольтметр, автотрансформатор.