Опис експериментальної установки

Пірометри – прилади для вимірювання температури, принцип їх роботи ґрунтується на використанні енергії випромінювання нагрітих тіл. Переваги цих приладів полягають у тому, що вони не спотворюють температурне поле об’єкту вимірювання і мають більш широкий діапазон вимірюваних температур у порівнянні з контактними методами. Градуювання пірометрів проводять за випромінюванням АЧТ.

Оптичний пірометр ОППИР-017 із зникаючою ниткою (рис.3) відноситься до пірометрів часткового випромінювання. У цьому пірометрі яскравість досліджуваного тіла порівнюється з яскравістю нитки фотометричної лампи 4. Яскравість нитки лампи регулюється реостатом і контролюється вольтметром . Фотометричну лампу вбудовано у телескоп, який має об’єктив 2 і окуляр 5. При вимірюванні температури телескоп спрямовують на досліджуване тіло 1, і при цьому пересуванням об’єктиву і окуляру отримують чітке зображення тіла і нитки фотометричної лампи у одній площині.

Змінюючи струм у фотометричній лампі шляхом повороту рифленого кільця на корпусі приладу, яке з’єднано з реостатом R, домагаються однакової яскравості нитки і досліджуваного тіла (середня частина дуги фотометричної лампи повинна зникнути на фоні зображення досліджуваної вольфрамової нитки). Відлік показів відбувається за шкалою вольтметру, який проградуйовано у градусах температури АЧТ. Пірометр має дві шкали: верхню для температур 800¸1400°С і нижню для температур 1200¸2000°С.

Нитку фотометричної лампи 4 можна накалювати до певної температури (1400°С), тому для розширення межі вимірюваних температур у пірометрі є послаблюючий нейтральний (димчастий) світлофільтр 3, який зменшує яскравість досліджуваного тіла у певне число разів. Для встановлення димчастого світлофільтру білу точку на головці світлофільтру 3 слід сумістити з червоною точкою на корпусі пірометру, після чого здійснити відлік температури за верхньою шкалою вольтметру пірометру (при вимірюваннях без димчастого світлофільтру температуру відраховують за нижньою шкалою).

Красний світлофільтр 6 пропускає промені з довжиною хвилі мкм (максимум пропускання відповідає довжині хвилі 0,66 мкм). Око людини є чутливим до променів з довжиною хвилі до 0,73 мкм. Таким чином, порівняння інтенсивності випромінювання відбувається практично у вузькому спектрі 0,62¸0,73 мкм. Світлофільтр 6 завжди необхідно використовувати при вимірюваннях температури, але він може виводитися з полю зору при наведенні об’єктиву пірометра на ризьке зображення досліджуваної вольфрамової нитки. Керування красним світлофільтром здійснюється обертанням диску збоку на окулярі.

Внаслідок неповноти випромінювання реальних тіл яркісні пірометри вимірюють не дійсну температуру тіла , а так звану яркісну температуру . Співвідношення між цими температурами дається виразом

, (10)

де l = 0,66 мкм, =0,014 м×К.

У даній лабораторній роботі для дослідів з тепловим випромінюванням використовується лампа з вольфрамовою ниткою розжарення. Напругу на цій лампі змінюють за допомогою лабораторного автотрансформатору (ЛАТРу). Потужність, що йде на нагрівання вольфрамової нитки з площею поверхні , визначається вольтметром і амперметром. В реальних умовах ця потужність майже повністю передається в оточуюче середовище у вигляді теплового випромінювання. Тоді маємо

(11)

Це рівняння дає можливість експериментального визначення сталої Стефана-Больцмана:

(12)

для окисленої поверхні вольфраму , площа випромінюючої поверхні досліджуваної спіралі см².