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 .

№	, (B)	, (A)

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