4. Описание экспериментальной установки

4.1. Назначение

Установка предназначена для определения коэффициента излучения тонкой вольфрамовой проволоки, нагретой электрическим током в интервале температур от 100 до 800⁰С.

2. Схема экспериментальной установки и методика измерений

Схема экспериментальной установки приведена на рисунке 1(а). На передней панели находится двухканальный измеритель температуры (2) типа 2ТРМО, подключенный к хромель-копелевой термопаре, универсальный вольтметр (мультиметр) (1) типа MY-68 с автоматическим переключением пределов измерений, тумблер электропитания установки (3), розетка (ИП) для подключения источника питания (4), разъемы (V) для подключения вольтметра (2), тумблер (5) для переключения мультиметра на измерение падения напряжения на образцовом сопротивлении (U_o) и напряжения на вольфрамовой проволоке (U_н).

На рисунке 1(б) приведена принципиальная схема рабочего участка, электрическая схема питания и измерений. Нагреваемая вольфрамовая проволока-нить 7 находится в цилиндрическом стеклянном баллоне 8 с двойными стенками, между которыми находится вода. Внутренняя трубка вакуумирована до 10^-5 мм. рт.ст. Температура стенки этой трубки Т₂ считается равной температуре воды, циркулирующей между стенками и постоянной в течение опыта. Она определяется хромель-копелевой термопарой (9), соединенной с измерителем температуры (2). Баллон с нитью находится внутри корпуса установки (6). Электропитание к вольфрамовой проволоке подводится от источника питания (4) через разъемы (ИП). Последовательно с вольфрамовой проволокой включено образцовое сопротивление (R₀) для определения величины электрического тока в цепи по измеренному значению падения напряжения на U₀. Для измерения напряжения на вольфрамовой проволоке U_н и напряжения на образцовом сопротивлении U₀ к разъемам V подключается мультиметр (1).

(а) (б)

Рисунок 1. Схема экспериментальной установки (а) и ее рабочего участка (б): 1-мультиметр, 2-двухканальный измеритель температуры, 3-тумблер электропитания установки, 4-розетка источника питания, 5-тумблер переключения мультиметра, 6-корпус установки, 7-нагреваемая вольфрамовая проволока (нить), 8-стеклянный баллон, 9-хромель-копелевая термопара.

5. Расчетные формулы

В основе используемого здесь калориметрического метода определения коэффициента излучения лежит уравнение для интегральной плотности результирующего потока излучения с поверхности вольфрамовой проволоки, коэффициент излучения и интегральная степень черноты которой определяется в работе:

Е = С [(Т₁/100)⁴ - (Т₂/100)⁴] = ε₁ С₀ [(Т₁/100)⁴ - (Т₂/100)⁴], (6)

где: Е – интегральная плотность результирующего потока излучения тела, Вт/м²,

С = ε₁С₀; ε₁ – интегральная степень черноты вольфрамовой проволоки.

Поскольку площадь поверхности вольфрамовой проволоки мала по сравнению с площадью поверхности оболочки (F₁<<F₂), то формула содержит только искомые значения С и ε₁. Предполагается, что тела серые и поэтому ε₁=А₁, где А₁-коэффициент поглощения тела. Для определения С и ε₁ необходимо измерить температуру проволоки Т₁ и внутреннюю температуру стенки стеклянной трубки Т₂ (в градусах Кельвина) и определить интегральную плотность результирующего потока излучения с поверхности проволоки, которая равна:

Е = Ф/(πd₁l), (7)

где Ф=U_нI; I=U₀/R₀; d₁-диаметр вольфрамовой проволоки, м; l-длина проволоки, м.

Температура вольфрамовой проволоки определяется по формуле:

t₁ = t_н = , (8)

где R_он – сопротивление вольфрамовой проволоки при t₁ = 0⁰С;

R_н = U_н/I - сопротивление проволоки при данной температуре, где I = U₀/R₀;

α – температурный коэффициент сопротивления вольфрама.