В данной работе изучается тепловое излучение раскаленной нити электрической лампочки накаливания. Очевидно, что температура нити лампы зависит от величины тока накала. Для установления этой зависимости необходимо произвести ряд измерений тока накала I и температуры накала нити Т.
Измерение температуры накала нити производится с помощью оптического пирометра с исчезающей нитью яркостным методом.
Измеряя напряжение U на нити исследуемой лампы, можно определить мощность Р , подводимую к нити, т.е. расходуемую на нагрев.
При высоких температурах почти вся мощность подводимая к АЧТ расходуется на излучение и можно считать, что она равна выражению:
(4)
где RT энергетическая светимость тела при абсолютной температуре нагрева Т, а - при абсолютной комнатной температуре Т0 , S - общая поверхность раскаленной нити.
С другой стороны, мощность Р можно вычислить по формуле:
(5)
Принимая вольфрамовую нить накала лампы за абсолютно черное тело, и исходя из формулы (3) можно выражение (4) преобразовать к виду:
(6)
Отсюда
(7)
В формулы ( 6 ) и ( 7 ) входит истинная температура нагретого тела ( нити накала ), с помощью же пирометра измеряется так называемая яскостная температура Тярк поскольку измерения проводятся методом сравнения яркостей двух нитей. Для определения истинной температуры Т необходимо сделать поправку с помощью пересчета формуле, связываюшей истинную температуру тела с его яркостной температурой:
(8)
Величина ελ,T зависящая от длины волны и температуры, имеет свое значение для каждого материала и определяется предварительно с помощью специального измерения. Значение ελ,T для вольфрама равно 0,43 при λкр = 6500 Å а
(9)
где h - постоянная Планка, с - скорость света, k - постоянная Больцмана.
Для определения истинной температуры можно воспользоваться калибровочным графиками, построенными предварительно для различных материалов нити накала, который связывает истинную температуру тела с его яркостной температурой. Материалом нити накала исследуемой лампы накаливания является вольфрам, необходимые для расчета истинной температуры нити накала таблицы и графики имеются в руководстве по использованию оптического пирометра.
Графический метод определения истинной температуры более быстрый и удобный.
Используя найденное значение постоянной Стефана-Больцмана σ ??? , можно найти постоянную Планка h :
(10)
Порядок выполнения работы
1. Пользуясь техническим описанием ( ТО ), изучить устройство и правила пользования оптическим пирометром ОППИР-09.
2. С помощью пирометра измерить яркостную температуру Тярк нити накала исследуемой лампы при различных ( не менее 3-х ) значениях тока накала У , одновременно измеряя напряжение U на нити лампы.
3. По результатам измерений, пользуясь формулой ( 8 ) рассчитать значения истинной температуры Т при различных токах накала нити.
4. Построить график зависимости температуры нити накала лампы от тока накала T(I).
5. По результатам измерений, пользуясь формулой ( 7 ), рассчитать постоянную σ Стефана - Больцмана, оценить погрешность. Принять для исследуемой нити
6. По формуле (10) рассчитать постоянную Планка h , оценить погрешность.
7. Результаты измерений и вычислений внести в таблицу: