с помощью яркостного пирометра ЭОП-66

 

Описание экспериментальной установки

Экспериментальная установка (рис. 5) состоит из пирометра ЭОП-66, исследуемой лампы накаливания (ИЛ) и электрических цепей их питания с измерительными приборами для контроля силы тока и напряжения. Исследуемая лампа питается от трансформатора с реостатом либо от блока МТКС-35М (рис. 6), которые позволяют регулировать силу тока и напряжение, а, соответственно, и яркость свечения (перед началом эксперимента уточните у лаборанта от какого источника питается ИЛ в данной установке и из какого металла изготовлена ее нить; из вольфрама W, тантала Ta или ниобия Nb).

Принцип устройства и работы ЭОП-66 описан выше в разделе «Оптическая пирометрия». Этот пирометр является стационарным прибором в отличие от переносных пирометров ОППИР-09 и ПРОМIНЬ (см. работы 71 и 72). Поэтому необходимо правильно установить исследуемую лампу перед пирометром, так чтобы она попала в его поле зрения. Тонкая регулировка положения ИЛ в поле зрения пирометра осуществляется винтами 4, расположенными в основании прибора, а резкость изображения ИЛ - винтом 3 (рис.5). Серый фильтр установлен в кассете 6, а красный фильтр - в кассете 7. Эталонная лампа (ЭЛ) в поле зрения пирометра перемещается ручкой 5, а резкость изображения регулируется окуляром 2. Показания пирометра регистрируются с помощью амперметра, включенного в цепь ЭЛ последовательно с реостатом, меняющим ток питания ЭЛ. Связь показаний амперметра с яркостной температурой тела приведена в Приложении 2.

Упражнение 1. Исследование зависимости температуры нити лампы накаливания от мощности тока.

1. Подготовьте пирометр к работе. Для этого настройте амперметр в цепи пирометра для измерения постоянного тока I_пир величиной до 0,5 А.

2. Снимите все защитные крышки 1 с пирометра и, глядя в окуляр 2, отключите серый и красный фильтры, переведя кассеты 6 и 7 в положение, отмеченное одной точкой «·».

3. С помощью винта 5 установите вершину нити ЭЛ (с номером 1) в центре поля зрения пирометра.

4. Включите блок питания пирометра в сеть. Наблюдая нить ЭЛ пирометра в окуляре, плавно вращайте кольцо реостата пирометра по часовой стрелке и нагрейте нить до красного каления. Затем перемещением кольца окуляра 2 добейтесь резкого изображения нити ЭЛ. После этого отключите накал ЭЛ.

5. Ознакомьтесь с источником питания исследуемой лампы и действуйте по инструкции в соответствующей колонке таблицы

 

Питание ИЛ от блока МТКС-35М	Питание ИЛ от трансформатора
Ручки «Регулировка тока плавно» поверните против часовой стрелки до упора, включите тумблер «Сеть». Должен заработать вентилятор внутри блока. Затем нажмите кратковременно кнопку «Пуск». Дайте прогреться прибору около 15 минут. Затем средней ручкой «Регулировка тока плавно» добейтесь не очень яркого красного свечения ИЛ.	Поставьте в исходное положение ручку реостата в цепи питания исследуемой лампы. Включите в сеть блок питания ИЛ. Зажгите ИЛ перемещением ручки ее реостата и добейтесь не очень яркого красного свечения нити лампы.

6. Установите светящуюся нить ИЛ в поле зрения пирометра с помощью винтов 4 (рис.5). Получите резкое изображение нити ИЛ в окуляре пирометра, регулируя положение объектива винтом 3. Изображения нитей обеих ламп должны быть наложены друг на друга и отчетливо видны.

7. Вращением кассеты 7 введите красный фильтр в положение, отмеченное на выступе кассеты двумя точками «··».

8. Установите кассету 6 серого фильтра в положение, обозначенное одной точкой «·».

9. Ручкой «Регулировка тока» установите ток, обеспечивающий минимальное свечение нити ИЛ, видимое в окуляр пирометра. Запишите значения этой силы тока I_ил и напряжения U_ил для определения подводимой к ИЛ мощности P=I_илU_ил.

10. Плавно вращая ручку реостата пирометра, добейтесь равенства яркостей нитей ЭЛ и ИЛ (при этом изображение ЭЛ как бы исчезает на фоне ИЛ). Запишите значение силы тока I_пир питания ЭЛ и определите соответствующее значение яркостной температуры Тя по градуировочному графику, данному в Приложении 2.

11. Исследуйте зависимость Тя=f(P) во всем диапазоне значений тока питания ИЛ. При переходе в область Тя >1400оС установите кассету 6 серого светофильтра в положение, отмеченное двумя точками «··» и снимайте значения Тя по другому графику, данному в Приложении 2.

12. После окончания измерений верните ручки регулировки токов ИЛ и ЭЛ в исходное положение и отключите установку от сети.

13. Используя справочные данные таблицы в Приложении 1, определите поправки, добавляемые к Тя по графику из Приложения 1 и получите действительные значения температуры Т.

14. Постройте график зависимости Т=f(P).

Упражнение 2 (только для ленточной лампы, питаемой от МТКС-35М).

Определение температуры нити лампы с учетом зависимости коэффициента e(l,T) от температуры

В упражнении 1 истинная температура нити лампы находилась с использованием усредненного по температуре коэффициента e(l). В научной литературе имеются точные значения коэффициента e(l,T) при различных температурах. Эти значения для плоских поверхностей из вольфрама, тантала и ниобия приведены в таблице Приложения 2.

Яркостная и действительная температуры тела связаны между собой трансцендентным уравнением (16), которое удобно представить в виде:

(17)

В данном упражнении необходимо найти истинную температуру нити ИЛ путем графического решения уравнения (17) и оценить расхождение с результатами упражнения 1.

1. Постройте для всех значений Т и e(l,T) из таблицы Приложения 2, относящихся к вашей лампе, график функции

. (18)

2. На том же поле координат постройте семейство линий , используя значения Т_я, полученные в упражнении 1 и значения Т из таблицы Приложения 2. Пересечение каждой такой линии с кривой (18) даст значение истинной температуры Т нити исследуемой лампы, соответствующее зарегистрированной пирометром Т_я.

3. По результатам, полученным в этом упражнении, постройте еще один график зависимости истинной температуры лампы от мощности тока на поле координат графика Т=f(P) из упражнения 1. Оцените расхождение между результатами 1-го и 2-го упражнений.

Упражнение 3 (только для ленточной лампы, питаемой от МТКС-35М).

Исследование зависимости энергетической светимости

нити лампы накаливания от температуры

В данном упражнении требуется определить параметр n в формуле (8), полагая, что вся подводимая к исследуемой лампе электрическая мощность Р расходуется на излучение, то есть Р(Т)=Е(Т)^.S, где S - площадь поверхности нити лампы. Учитывая данное предположение, уравнение (8) можно записать в виде:

Используя значения Р и Т, полученные в предыдущих упражнениях, постройте график зависимости от и по тангенсу угла наклона определите параметр n для лампы в области высоких температур. Сравните полученное значение n со значением для АЧТ.

 

Контрольные вопросы и дополнительная литература

(см. в конце лабораторной работы 71)
Приложение 1.

Таблица коэффициентов e(l) некоторых материалов в области l =0,65 мкм.

Материал	e(l)	Материал	e(l)
Тантал твердый	0,44 (1300 К) 0,38 (2800 К)	Уголь (графит)	0,90 (1300 К) 0,81 (3300 К)
Золото твердое жидкое	0,14 0,22	Железо твердое жидкое	0,39 (1300 К) 0,36 (1800 К)
Серебро тв. и жид.	0,07	Ниобий твердый	0,36
Медь твердая жидкая	0,11 0,15	Сталь твердая окисленная	0,44 0,80
Меди окись	0,70	Вольфрам твердый	0,43

.

Приложение 2.

Таблица коэффициентов e(l,T) некоторых металлов в области l =0,656 мкм при разных температурах.

Т, К
e(l,T) для W	0,453	0,448	0,443	0,438	0,433	0,428	0,423
e(l,T) для Та	0,445	0,439	0,433	0,428	0,423	0,419	0,414
e(l,T) для Nb	0,365	0,363	0,360	0,358	0,355	0,353	0,350

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ОСНОВНЫЕ ФОТОМЕТРИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ. …………………………... 4

Лабораторная работа 61. Фотометрическое исследование лампы накаливания. …………………………………………………………………….11

 

ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ ТЕЛ. ………………………………………………15

ОПТИЧЕСКАЯ ПИРОМЕТРИЯ. ……………………………………………...20

Лабораторная работа 71. Измерение температуры нити лампы

накаливания с помощью яркостного пирометра ОППИР-09…….…………..24

Лабораторная работа 72. Измерение температуры нити лампы

накаливания с помощью яркостного пирометра ПРОМIНЬ….……………..26

Лабораторная работа 73. Измерение температуры нити лампы

накаливания с помощью яркостного пирометра ЭОП-66......………………..29

Приложение 1……………………………………………………………………34

Приложение 2……………………………………………………………………35