 |
Методика эксперимента и экспериментальная установка
|
|
|
|
Решение ряда научных и практических задач связано с измерением температуры нагретых тел методами пирометрии. Информацию о величине температуры получают из анализа светового потока нагретых тел. Для решения задачи требуется надежная связь между температурой нагретых тел и распределением энергии в спектре их излучения. Излучательные характеристики тел зависят не только от материала, но и от состояния его поверхности. К настоящему времени накоплен большой фактический материал об излучательных свойствах различных материалов. Для практических целей широкое применение нашел вольфрам. Для вольфрама в справочных таблицах приводится не спектральная поглощательная способность, а спектральный коэффициент излучения klТ [2]. В этом случае выражение (4) записывают в виде[4]:
. (5)
Для видимой и ближней инфракрасной области спектра надежной аналитической формулы для klТ в литературе не приведено, поэтому надо пользоваться экспериментальными данными [2,3]. Значения klТ для вольфрама приведены в приложениях П.1 и П.2.
При проведении учебного эксперимента возможна постановка обратной задачи, когда по измеряемой спектральной энергетической светимости тела 
и известному спектральному коэффициенту излучения klТ, согласно закону Кирхгофа, определяют спектральную энергетическую светимость черного тела 
. Таким образом, измеряя спектральную энергетическую светимость вольфрама несложно определить спектральную энергетическую светимость черного тела, т.е. «проверить» формулу Планка (1).
Спектральная энергетическая светимость нагретого тела может быть измерена методами спектроскопии с помощью экспериментальной установки, изображенной на рис.2.
|
|
|
Рис. 2. Блок-схема установки
Л- лампа с вольфрамовой спиралью, СФ- интерференционный светофильтр, ФП-фотоприемник, 1В-мультиметр.
Излучателем фотонов служит лампа Л с вольфрамовой нитью накаливания. Интерференционный светофильтр СФ из всего спектра излучения выделяет узкую область спектра, определяемую его полосой пропускания. Фотоприемник излучения ФП преобразует оптический сигнал в электрический. Мультиметр измеряет термо-ЭДС приемника. Показания мультиметра пропорциональны величине светового потока, прошедшего через интерференционный светофильтр, т.е. зависят как от полуширины спектрального пропускания D l, так и коэффициента спектрального пропускания светофильтра t. С учетом этих факторов выражение (5) принимает вид[4]:
(6)
Для проведения абсолютных метрологических измерений величин световых потоков такая установка должна быть откалибрована в метрологической лаборатории по эталонной лампе с известными излучательными характеристиками. В настоящей лабораторной работе спектральная энергетическая светимость 
вольфрамовой нити измеряется в относительных единицах по показаниям мультиметра.
Экспериментальная установка снабжена пятью интерференционными светофильтрами пропускающими свет с длиной волны порядка: 600нм, 1000нм, 1300нм, 1600нм, 2000нм и нейтральным ослабляющим фильтром. Последний используется для измерения интегральной энергетической светимости RT вольфрама. В установке используется вольфрамовая лампочка номинальным напряжением питания 12 В и мощностью 50 Вт. С целью изменения температуры нити накала предусмотрено уменьшение напряжения питания лампочки ступенями по 2 В.
Установка выполнена в виде функционального блока заключенного в металлический кожух, на передней панели которого расположены:
- мультиметр;
- тумблер включения установки - «сеть»;
|
|
|
- тумблер включения лампы – «лампа»;
- переключатель режимов накала вольфрамовой лампы – “накал” (позиция “0”-лампа выключена. Остальные позиции 1,2,3,4,5 соответствуют последовательному увеличению напряжения накала лампы до максимального U =12В);
- в прорезь выведена регулируемая диафрагма со светофильтрами:
позиция 1 – интерференционный СФ на длину волны около 600 нм;
позиция 2 – интерференционный СФ на длину волны около 1000 нм;
позиция 3 – интерференционный СФ на длину волны около 1300 нм;
позиция 4 – интерференционный СФ на длину волны около 1600 нм;
позиция 5 – интерференционный СФ на длину волны около 2000 нм;
позиция 6 – нейтральный светофильтр.
|
|
|
