Далее: 3.  Порядок выполнения работы Вверх: 1.  Лабораторная работа №21. Назад: 1.  Краткая теория

2.  Описание установки

Для измерения температуры раскаленной нити используется оптический прибор, получивший название пирометра с исчезающей нитью. В этом приборе производится визуальное сравнение яркости исследуемого тела (в нашем случае вольфрамовой нити) с яркостью накаленной нити специальной пирометрической лампы в одном и том же спектральном интервале (обе они рассматриваются через красный светофильтр).

Рис. 1.1 [Оптическая схема пирометра:
1 - объектив однолинзовый;
2 - поглощающее стекло;
3 - пирометрическая лампа;
4 - аплатическая лупа;
5 - красный фильтр.]

Оптическая схема пирометра показана на рис. 1.1. Объектив (1) наводится на источник излучения, и расположенная в нем линза строит изображение нити исследуемого тела в плоскости эталонной пирометрической лампы (3). Оба эти изображения рассматриваются с помощью аплантической лупы (4), расположенной в окуляре. Эталонная лампа питается от сети через блок питания.

Регулируя реохордом величину тока в пирометрической лампе, можно добиться исчезновения нити эталонной пирометрической лампы на фоне исследуемой вольфрамовой нити. Это будет иметь место, когда яркости нити пирометрической и исследуемой ламп будут одинаковыми в выбранном спектральном интервале. Это означает также и равенство их испускательных способностей в этом интервале длин волн. Пирометр предварительно градуируют по излучению абсолютно черного тела, поэтому на шкале пирометра наносится температура абсолютно черного тела $T_{\text{ч}}$, которое имеет яркость, одинаковую с яркостью исследуемого тела. Такая температура тела называется яркостной $T_{\text{я}}$. Яркостная температура всегда ниже истинной термодинамической температуры тела $T$.

Учитывая условия градуировки пирометра, можно записать, что

$$\sigma T_{\text{ч}}^4=A_T \sigma T^4=\sigma T_{\text{я}}^4 ;$$ (12)

$$A_T \sigma S (T^4-T_o^4)=\sigma S (T_{\text{ч}}^4-T_o^4)\sim \sigma S T_{\text{ч}}^4= \sigma S T_{\text{я}}^4 ,$$

так как $T_o^4 < T_{\text{я}}^4$.

Рис. 1.2 

Лампа накаливания с вольфрамовой нитью включена на выход выпрямителя В-24 по схеме, изображенной на рис. 1.2. Изменяя ток в лампе, можно получить различную степень накала нити лампы. Зная силу тока в цепи и напряжение на лампе, которые измеряются амперметром и вольтметром, можно рассчитать мощность, затрачиваемую на нагрев нити лампы. Приравнивая потребляемую нитью лампы мощность $P=UI$ к количеству энергии, теряемой нитью лампы в единицу времени в виде излучения, получаем выражение

$$U I=\sigma S T_{\text{я}}^4 ,$$ (13)

$\hspace*{-6mm}\begin{array}{lrcl} \rm\text{где}\hspace*{2mm}& U & \mbox{-} & ... ...ампы,}\\ & S & \mbox{-} & \mbox{площадь светящейся поверхности.} \end{array}$

График зависимости $P = f(T^4)$ представляет собой прямую, проходящую через начало координат $Y = K X$, где $Y = U I$, $X = T^4$, $K=\sigma S$.

Коэффициент $K$ можно определить по экспериментальным данным двумя способами: графическим и аналитическим. Подробное описание каждого из этих методов можно найти в пособии "Обработка результатов измерений". Разделив $K$ на площадь, находим постоянную Стефана-Больцмана.

Далее: 3.  Порядок выполнения работы Вверх: 1.  Лабораторная работа №21. Назад: 1.  Краткая теория