ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Обработка результатов измерений

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 18

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ СТЕФАНА-БОЛЬЦМАНА

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:



Приборы и оборудование:

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Теоретическое обоснование работы

Описание лабораторной установки

Лабораторная установка состоит из двух независимых частей – блока питания измеряемой лампы (I) и оптического пирометра "Проминь" (II) с исчезающей нитью (рис. 1). В качестве исследуемого нагретого тела используется нить лампы накаливания 1. Вольтметр 2 и амперметр 3, присоединенные к лампе, позволяют контролировать мощность тока, выделяющуюся с поверхности нити лампы в виде излучения.

Рис. 1. Схема лабораторной установки. 1 – источник излучения (лампа накаливания), 2 – вольтметр, 3 – амперметр, 4 – источник питания лампы с регулятором тока, 5 – объектив, 6 – дымчатый светофильтр, 7– пирометрическая лампа, 8 – окуляр, 9 – красный светофильтр, 10 – диафрагма, 11 – регулятор накала нити и шкала измеряемых температур, 12 – электронный блок питания нити пирометрической лампы, 13 – кнопка включения пирометра, 14 – источник питания пирометра.

Действие пирометра II основано на сравнении светимостей от исследуемого объекта и от нити эталонной лампы накаливания 7, которая располагается внутри пирометра. Вначале с помощью окуляра 8 производится наводка на резкость нити эталонной лампы, находящейся внутри пирометра. Затем с помощью объектива 5 наводится на резкость изображение объекта – в данном случае лампы накаливания 1. Таким образом, в окуляре настроенного прибора одновременно видны изображения нагретого объекта и нити накала эталонной лампы. Рукояткой реостата 11 регулируется ток накала нити эталонной лампы до тех пор, пока яркости нитей обеих ламп не станут одинаковыми. То есть, нужно добиться, чтобы изображение нити пирометра «исчезло» на фоне нити исследуемой лампы (рис. 2).

Рис. 2. Настройка пирометра на измерение температуры

Так как между током, протекающим через эталонную лампу, и температурой накала её нити существует монотонная зависимость, то шкала ручки регулировки тока 11 проградуирована не в амперах, а в градусах Цельсия. Конструкцией предусмотрена работа пирометра в трех диапазонах измерения температур (I–от 800 до 1400 ⁰С, II–от 1200 до 2000 ⁰С и III – от 1800 до 5000 ⁰С) без применения и с применением дымчатого светофильтра 6. Для того, чтобы выровнять яркости объекта и эталонной лампы при наличии дымчатого светофильтра необходима меньшая температура нити эталонной лампы, чем без него. Поэтому при работе с дымчатым светофильтром пользуются дополнительной шкалой с повышенными значениями температур. Для обеспечения четкости наблюдение проводится в узком интервале длин волн вблизи длины волны l=656 нм. Это достигается введением дополнительного красного светофильтра 9.

Порядок выполнения работы

1. Включить в сеть источник питания лампы накаливания и ручкой регулировки тока установить ток накала лампы равный 1,4 А. Записать в таблицу показания вольтметра.

2. Включить в сеть оптический пирометр "Проминь". Для тока накала лампы I=1,4 А выбрать I диапазон измерения температур.

3. Ручку реостата, регулирующего накал эталонной лампы пирометра, перевести в положение, соответствующее минимальной температуре. Нажать кнопку включения накала эталонной лампы и, слегка поворачивая окуляр, добиться резкого изображения нити накала пирометра в окуляре.

4. Направить объектив пирометра на светящуюся нить исследуемой лампы таким образом, чтобы нить лампы пирометра пересекала максимальное поле изображения источника. Вращением тубуса объектива пирометра добиться резкого изображения нити исследуемой лампы.

5. Ручкой регулировки тока пирометрической лампы, расположенной с правой стороны прибора, добиться выравнивания яркости её нити накала с яркостью нити исследуемой лампы (рис. 2). Измерения следует проводить, приближаясь к яркости исследуемой лампы с двух сторон: от меньшей яркости к большей (t_min) и наоборот (t_max).

6. По шкале, соответствующей выбранному режиму работы, снять показания температуры нити накала исследуемой лампы и найти ее среднее значение по формуле: t_ср = ( t_min + t_max)/2. Записать это значение в таблицу.

7. Повторить подобные измерения, увеличивая каждый раз ток накала на 0,4 А. При токе 3,2 А выбрать II диапазон измерения температур.

Таблица

№ изм.	I, A	U, В	P, Вт	R_T , Вт/м²	t_ср , ⁰C	T_ср , ⁰K	lg R_T	lg T_ср	s ×10^-8, Вт/(м²К⁴)
	1,4
	1,8
	2,2
	2,8
	3,2
Данные установки : S =5·10^{-6 м2}, Т₀=300 К	n =	Отн. погрешность e_s =	s_ср =

8. Вычислить для каждого опыта мощность излучения P=I×U, интегральную светимость R_T=P/S, где S – площадь нити накала исследуемой лампы, температуру T излучателя в Кельвинах, а также десятичные логарифмы светимости и температуры.

9. Построить по данным таблицы график зависимости lg(R_T)=f (lgT_ср). Аппроксимируя полученную зависимость линейной, провести прямую, имеющую наименьшие отклонения от экспериментальных точек.

10. Убедиться в том, что между указанными величинами существует зависимость lgR_T = lgs + 4lgT, где s = const. Для этого по графику определить приращение ΔlgR_T и ΔlgT_ср для любых двух точек и найти отношение , которое должно быть близко к 4.

11. Вычислить постоянную Стефана-Больцмана по формуле .

12. Найти среднее значение s и сравнить его с табличным, равным 5,67×10^-8 Вт/(м² × К⁴).

13. Рассчитать относительную ошибку косвенного измерения постоянной Стефана-Больцмана по формуле:

, принять ΔТ, ΔU, ΔI – систематическими ошибками соответствующих приборов.

14. Сделать вывод по работе.

Обработка результатов измерений

Выводы:

Контрольные вопросы

1. Что такое тепловое излучение? Перечислить его основные свойства.

2. Дать определение испускательной и поглощательной способности, энергетической светимости тела.

3. Что называется абсолютно черным телом, серым телом? Модель АЧТ.

4. Сформулировать и объяснить законы Кирхгофа, Вина, Стефана-Больцмана.

5. Что называется оптической пирометрией? Какая температура называется радиационной, цветовой и яркостной?

6. Объяснить принцип действия оптического пирометра.

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ

1.На рисунке показаны кривые зависимости спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела от длины волны при разных температурах. Если кривая 1 соответствует спектру излучения абсолютно черного тела при температуре 6000 К, то кривая 2 соответствует температуре (в К) …	2.На рисунке изображен спектр излучения абсолютно черного тела при температуре . При температуре площадь под кривой увеличилась в 81 раз. Температура равна…
3.Определить термодинамическую температуру абсолютно черного тела, если его энергетическая светимость равна 5,67 Вт/м². Постоянная Стефана-Больцмана .	4.Как и во сколько раз изменится поток излучения абсолютно черного тела, если максимум энергии излучения переместится с красной границы видимого спектра ( =780 нм)на фиолетовую ( =390 нм)?
5.Мощность излучения из смотрового окошечка печи равна 34,6 Дж/с. Определить температуру печи, если площадь окошечка 6,1 см². Излучение считать близким к излучению АЧТ.	6.Определить энергетическую светимость абсолютно черного тела, если максимум энергии излучения приходится на длину волны 600 нм.