Вывод расчетной формулы для интегральной степени черноты нити накаливания
Энергетическая светимость нити равна отношению излучаемого ею потока
к площади ее поверхности
(
- диаметр нити,
- длина нити),
.
. (4)
Величина потока пропорциональна мощности электрического тока, протекающего через нить:
, (5)
где - ток в нити,
– напряжение,
- доля мощности электрического тока, которая идет на излучение. В данной работе используется газонаполненная лампа, в которой часть мощности тратится на нагревание газа и окружающего воздуха. Тогда из (4) и (5) следует выражение для энергетической светимости нити
. (6)
Из (2) с учетом (1) и (6) для интегральной степени черноты получаем расчетную формулу
. (7)
Целью работы является определение интегральной степени черноты вольфрамовой нити накаливания лампы.
Практическая часть
Описание установки.Схема установки представлена на рис. 2. Лампа накаливания Л включается во вторичную цепь трансформатора. Потенциометром П регулируют напряжение
на нити, измеряемое вольтметром V.
Температура нити накаливания лампы измеряется оптическим пирометром ОППИР-017. Внешний вид пирометра представлен на рис. 3. Оптический пирометр ОППИР-017 принадлежит к числу пирометров монохроматического типа с исчезающей нитью переменного накала, в которых используется метод сравнения яркости эталонного тела (нити фотометрической лампочки Л) с яркостью изображения исследуемого тела (в работе - нити накаливания лампы).
В пирометр (рис.3, 4) входит зрительная труба Т с объективом и с окуляром
. В фокальной плоскости объектива получается изображение нити накаливания лампы. В этой же плоскости расположена нить эталонной лампочки Л. В окуляре одновременно наблюдается изображение нити накаливания лампы и нить эталонной лампочки. Наблюдая через окуляр
, с помощью реостата (R) регулируют силу тока в пирометрической нити до тех пор, пока она не исчезнет на фоне изображения нити накаливания лампы. Отсчет температуры делают в этот момент. В этом случае яркости нити и изображения нити накаливания лампы совпадают между собой. Сравнение яркостей производится в ограниченной области спектра; для получения монохроматического излучения в трубу окуляра помещен красный светофильтр
. Нить эталонной лампочки питается от аккумулятора Б.
Для удобства определения температуры шкала вольтметра пирометра проградуирована в градусах Цельсия по абсолютно черному телу. По шкале пирометра измеряют яркостную температуру , которая всегда ниже истинной. Это связано с тем, что любое нечерное тело излучает меньше, чем абсолютно черное тело при той же температуре. Отличие от
в нашем рабочем интервале температур невелико и составляет около 5%, поэтому в работе полагается, что
. Для каждого диапазона температур имеется соответствующая шкала.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Включить установку в сеть. Регулируя потенциометром напряжение от 1,6 В до 2 В, довести нить лампы накаливания до раскаленного состояния.
2. Поворотом кольца реостата пирометра довести температуру нити лампы пирометра приблизительно до по верхней шкале.
3. Направить пирометр на нить лампы накаливания. Совместить изображение нити пирометра с изображением нити лампы накаливания. Поворотом кольца R добиться совпадения яркостей нитей. Измерить температуру нити накаливания.
4. Снять показания приборов во вторичной обмотке и
.
5. Результаты занести в таблицу. Измерения повторить 3 раза при различных значениях напряжения .
![]() ![]() | |||||
№ | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() |
6. По формуле (7) рассчитать значение .
Контрольные вопросы
1. Какое излучение называется тепловым? Его особенности.
2. Что называется энергетической светимостью?
3. Что называется излучательной и поглощательной способностями тела?
4. Какое тело называется абсолютно черным? Его модель.
5. Физический смысл закона Киргофа.
6. Сформулируйте закон Стефана-Больцмана.
7. Сформулируйте законы Вина.
8. Как меняется излучательная способность от частоты и температуры (поясните на графике )?
9. Нарисуйте вид функции распределения энергии в спектре излучения абсолютно черного тела и покажите на графике и
.
10. Что такое интегральная степень черноты?
11. Как определяется энергетическая светимость исследуемой нити лампы накаливания?
12. Опишите схему установки. Устройство и принцип действия пирометра. Какую температуру называют яркостной?
13. Используя формулу Планка, вывести закон Вина (по указанию преподавателя).
14. Используя формулу Планка, вывести закон Стефана-Больцмана (по указанию преподавателя).
Список литературы
1. Трофимова Т.И. Курс физики.
2. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Курс физики.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6-5