Методика измерения температуры

Температуру раскаленной до свечения спирали исследуемой лампы определяют яркостным методом при помощи оптического пирометра. Этот метод основан на фотометрическом сравнении яркости спирали исследуемой и эталонной ламп.

Сравнение яркостей производится в монохроматическом свете с длиной волны через красный светофильтр КФ.

Изображение спирали исследуемой лампы, даваемое объективом пирометра, совмещают с плоскостью нити эталонной лампы. Тогда в поле зрения окуляра будет видна нить эталонной лампы на фоне спирали исследуемой лампы. Яркость нити эталонной лампы зависит от величины тока в ней. При измерении температуры ток в нити эталонной лампы регулируют до тех пор, пока она не исчезнет на фоне раскаленной спирали исследуемой лампы (рис. 3в). В этот момент яркостная температура нити равна яркостной температуре спирали, действительная температура реального физического тела будет выше яркостной температуры, показываемой оптическим пирометром.

Под яркостной температурой реального тела понимают такую температуру абсолютно черного тела, при которой его испускательная способность для монохроматического света, например, (рис. 1), равна испускательной способности реального тела:

,

где T – действительная (термодинамическая) температура тела.

Для определения действительной температуры нити в показания оптического пирометра необходимо вносить поправку, которая определяется с помощью графика поправок , приведенного на рабочем столе.

По формуле:

(10)

находят действительную температуру ; - яркостная температура; - поправка температуры.

По абсолютной шкале температур действительная температура равна:

. (11)

Во избежание перегрева нити, ее температура не должна превышать 1400°С, поэтому при измерениях в диапазоне более высоких температур перед лампой устанавливается дымчатый фильтр ДФ, уменьшающий видимую яркость излучения объекта, а отсчет яркостной температуры производится по верхней шкале пирометра.

Порядок выполнения работы.

Задание 1. Определение степени черноты реального тела.

1. Включить установку в сеть.

2. Определить цены делений амперметра и вольтметра.

3. Подготовить оптический пирометр к измерениям. Для этого необходимо:

а) вывести из поля зрения окуляра красный светофильтр КФ и дымчатый фильтр ДФ;

б) включить цепь питания эталонной лампы и, поворачивая кольцо реостата R_к по часовой стрелке (из крайнего левого положения), довести накал нити до температуры 1000⁰С;

в) перемещением тубуса окуляра ОК добиться четкого изображения нити эталонной лампы;

г) направить объектив пирометра на исследуемую лампу и, перемещая тубус объектива, добиться четкого изображения ее спирали. При этом пирометр необходимо расположить так, чтобы изображение спирали исследуемой лампы полностью перекрывало вершину нити эталонной лампы;

д) ввести в поле зрения окуляра красный светофильтр.

4. По заданию преподавателя установить первое значение тока в цепи исследуемой лампы. Записать показания амперметра и вольтметра в таблицу 1.

5. Плавно вращая кольцо реостата пирометра, изменять яркость дуги до тех пор, пока ее вершина не исчезнет на фоне спирали эталонной лампы (см. рис. 3 ). Записать показания пирометра.

6. Пользуясь графиком поправок температур, записать поправку, соответствующую измеренной яркостной температуре.

7. По формуле (10) вычислить действительную температуру спирали лампы, по формуле (11) абсолютную температуру.

8. Степень черноты спирали лампы вычислить по формуле (7).

9. Измерения и вычисления, изложенные в п. 4-9, произвести для 6 -10 значений тока в цепи исследуемой лампы.

10. Построить график зависимости .

11. По данным одного измерения рассчитать относительную погрешность, допущенную при определении коэффициента ,по формуле:

Задание 2. Проверка закона смещения Вина.

1. Включить высоковольтный выпрямитель.

2. Между исследуемой лампой и фотоэлементом установить красный (синий) светофильтр (рис.2).

3. Установить первое значение яркостной температуры.

4. Измерить величину фототока, возбуждаемого в цепи фотоэлемента красным (синим) светом.

5. По формуле (9) вычислить значение функции φ(T).

6. Пункты 3-5 повторить для других выбранных в первом задании температур: сначала для красного, а затем для синего светофильтров.

7. Результаты измерений и вычислений представить в виде таблицы 1.

8. Построить график функции φ (T), откладывая по оси «X» абсолютную температуру T, а по оси «Y» значение функции φ(T).

Таблица 1

№ п.п

I

U

tя

t

tд

Tд

S

tя

Jс

JК

φ (T)

А

В

0С

0С

0С

К

м2

К

мкА

мкА

…

Контрольные вопросы

1. Что называется тепловым излучением?

2. Чем тепловое излучение отличается от других видов излучения?

3. Назовите величины, характеризующие тепловое излучение, укажите связь между ними. Дайте определение каждой величины.

4. Сформулируйте законы теплового излучения.

5. Что такое абсолютно черное тело? Серое тело?

6. Что понимают под степенью черноты тела , от каких факторов зависит?

7. Объясните принцип работы оптического пирометра. Какую температуру тела называют яркостной?

8. Как по яркостной температуре определить действительную температуру тела?

9. Получите формулу, по которой рассчитывается степень черноты тела.

Рекомендуемая литература

1. Трофимова Т. И. Курс физики.- М.: Высш. шк., 2004

2. Федосеев В. Б. Физика,- Ростов н/Д: Феникс, 2009

3. Яворский Б. М., Детлаф А. А. Справочник по физике.-М.:Наука, 2006

Техника безопасности

1. К работе с установкой допускаются лица, ознакомленные с ее устройством и принципом действия.

2. Для предотвращения опрокидывания установки необходимо располагать ее только на горизонтальной поверхности.

Составители: В.С. Ковалева, А. П. Кудря, Н. Н. Фролова

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Методические указания к лабораторной работе №13 по физике

(Раздел <<Оптика>>)

Редактор А. А. Литвинова

В печать

Объем Офсет. Формат

Бумага тип № Заказ № Тираж Цена

_______________________________________________________________

Издательский центр ДГТУ

Адрес университета и полиграфического предприятия:

344000, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1