Описание прибора

Главной частью измерительной установки в данной работе является оптический пирометр с исчезающей нитью. С помощью него измеряется температура. Пирометр представляет собой зрительную трубу, внутри которой вмонтирована эталонная лампочка (рис. 44).

Напряжение, подаваемое на эталонную лампочку 1, регулируется кольцевым реостатом, расположенным в корпусе прибора. Шкала вольтметра в приборе проградуирована в градусах шкалы Цельсия. Нить исследуемой лампы рассматривается через объектив 2 и окуляр 3 зрительной трубы. При измерении температуры трубу пирометра направляют на исследуемую лампочку 4. С помощью объектива 2 добиваются, чтобы изображение её нити оказалось в одной плоскости с нитью эталонной лампы, и наблюдают яркость нити в окуляр 3. Регулируя реостатом напряжение на эталонной лампе, добиваются того, чтобы яркость нитей уравнивалась.

Рис. 44

При этом граница между изображениями нитей обеих лампочек в пирометре уравнивается так, как это показано на рисунке 45.

Рис. 45

Яркости нитей сравнивают в монохроматическом свете, для чего в пирометре устанавливают красный светофильтр 5 (рис. 44) (λ = 66·10^-8м). Показания температуры снимают по шкале пирометра. С целью увеличения срока службы эталонной лампы при измерениях температур выше 1400°С излучение ослабляют дымчатым фильтром 6 (см. рис. 44).

Если бы излучающий объект (лампа 4, см. рис. 44) был абсолютно чёрным телом, то измеренная температура Т была бы его истинной температурой. Так как излучающее тело не является абсолютно чёрным, то Т₂ – яркостная температура представляет собой температуру абсолютно чёрного тела, которое имеет на наблюдаемом участке спектра яркость, одинаковую с яркостью излучающего тела с температурой Т. Связь между яркостной и истинной температурами тела даётся соотношением:

, (4)

где Т – истинная термодинамическая температура; Т₂ – яркостная температура; С₁ = 0,01438 мK. Коэффициент D для вольфрама в области температур от 900 до 2000°С равен 0,45. В дальнейшем по измеренным Т₂ необходимо вычислить термодинамическую температуру Т. Полагая, что Т₂ близка к Т, можно найти

; (5)

. (6)

Проведение измерений и обработка результатов

1. Включить в сеть установку, содержащую исследуемую лампу накаливания.

2. Ввести красный светофильтр (дымчатый должен быть выведен) и при каждом значении силы тока на исследуемой лампе снимать показания Т₂ в пределах до 1400°С (выше этой температуры надо пользоваться дымчатым светофильтром). При каждом значении температуры пирометра (например, 800, 1000, 1200, 1400°С) с помощью реостата в цепи исследуемой лампы добиться уравнивания яркостей нитей ламп (граница пересечения нитей исчезает). Записать силу тока, напряжение в цепи исследуемой лампы и по пирометру определить Т₂. Те же измерения проделать с дымчатым светофильтром для более высоких температур (при Т>1400°С).

3. По формулам (5) и (6) рассчитать значения термодинамической температуры Т.

4. По полученным значениям силы тока и напряжения найти мощность W=IU для каждой температуры.

5. Построить график зависимости lnW от lnT по формуле (3), затем найти n по углу наклона прямой. По графику определить параметр В.

6. Сравнить значения n и В с показателем степени в формуле (1) и сделать выводы.

7. По указанию преподавателя работа может быть выполнена по одному из двух вариантов:

а) устанавливается яркость нити исследуемой лампы, затем подбирается соответствующая температура по пирометру;

б) выбирается фиксированная температура по пирометру, затем устанавливается необходимая яркость нити исследуемой лампы.

8. Отчёт по лабораторной работе должен содержать:

- необходимую теоретическую часть;

- порядок измерения величин;

- таблицу измеренных и рассчитанных физических величин;

- график зависимости lnW от lnT, представленный на миллиметровой бумаге;

- выводы.