Устройство и работа пирометра с исчезающей нитью

В данной работе необходимо измерить температуру раскаленной пластинки. Эта температура измеряется оптическим пирометром. Определение температуры сводится к сравнению цвета и интенсивности излучения раскаленной пластинки с цветом и интенсивностью проградуированного эталона – нити лампочки. Оптическая и электрическая схема пирометра изображена на рис. 1.

С помощью линзы l₁ (рис.1 (2)) получаем изображение поверхности, температуру которой необходимо измерить, в плоскости нити лампочки.

Линза l₂ (рис. 1(5)) служит для увеличения полученного изображения и устанавливается по глазу наблюдателя. При пользовании пирометром сравнение яркости происходит в ограниченной области спектра. Для получения монохроматического луча в трубке окуляра помещены светофильтры. При измерении температур в интервале 800 – 1200⁰С пользуются красным светофильтром (λ=6600 Ǻ), в интервале температур 1400 – 2000⁰С вводят поглощающие стекла с помощью винта (рис. 1 (3)).

Рис. 1 .

1-накаленная пластинка, 2-объектив (l₁), 3- поглощающее стекло, 4- пирометрическая лампа, 5- окуляр (l₂), 6- красный светофильтр, 7- диафрагма, 8- показывающий прибор, 9- аккумулятор, 10- реостат.

Гальванометр проградуирован в градусах Цельсия. При пользовании светофильтром f₁ температуру определяют по нижней шкале. Шкала прибора градуирована по излучению абсолютно черного тела. Если излучаемое тело не является абсолютно черным, то пирометр показывает температуру такого черного тела, яркость которого одинакова с яркостью данного тела. Величина T называется яркостной температурой данного тела. Если a (формула 1а) близко к 1, то яркостная и истинная температура тела практически совпадают.

С помощью реостата изменяют силу тока, протекающего через лампочку (источником тока служит аккумулятор, ЭДС которого 2 – 2,4 В), и добиваются того, чтобы верхняя часть нити лампочки исчезла на фоне исследуемого объекта. После этого по показанию гальванометра определяют температуру.

Примечание. Во избежание перекала нити, стрела прибора никогда не должна уходить вправо за деление 1400⁰С, а поэтому необходимо весьма осторожно вводить сопротивление реостата поворотом накатного кольца по часовой стрелке. Следует помнить, что поворот кольца реостата по часовой стрелке увеличивает накал нити, а против часовой – уменьшает его.

Описание установки и измерения

Установка состоит из понижающего трансформатора, закрытого деревянным корпусом. На передней стенке вмонтированы измерительные приборы: амперметр до 100 А и вольтметр до 12 В. На верхнюю стенку корпуса выведены два контакта с зажимами, в которые закрепляется исследуемая пластинка из никеля. Трансформатор питается от регулятора напряжения. Рукояткой этого регулятора устанавливается необходимое значение силы тока. Вращая рукоятку регулятора, доводят пластинку до раскаленного состояния. При помощи пирометра определяют её температуру, а также записывают показания амперметра и вольтметра.

Каждое измерение температуры необходимо производить не менее четырех раз, изменяя накал лампы пирометра и вновь отыскивая условие исчезновения нити.

Помните, что нить лампы пирометра обладает тепловой инерцией и регулировка её накала должна быть медленной.

Задание и обработка результатов.

1. Измерить яркостные температуры раскаленной никелевой пластинки, устанавливая силу тока от 50 А до максимально возможного через каждые 5 А.

2. По таблице 1 найти термодинамические температуры.

Таблица 1

Измеренные яркостные температуры	800	900	1000	1100	1200	1300	1400
Термодинамические температуры	810	910	1010	1110	1210	1310	1410

Температуры выражены в градусах Цельсия. Необходимо помнить, что на шкале пирометра температура указана в градусах Цельсия, а в дальнейшем при расчетах её необходимо переводить в абсолютную температуру.

3. Вычисляют мощность, подводимую к никелевой пластинке, для каждого значения термодинамической температуре этой пластинки.

4. Строят график зависимости расходуемой мощности от термодинамической температуры.

5. Зависимость интегральной лучеиспускательной способности никеля от его термодинамической температуры находят следующим образом. Как показывает опыт и термодинамическая теория излучения, развитая для абсолютно черного тела, должно иметь место следующее равенство:

, (4)

где σ – постоянная Стефана – Больцмана.