2020-10-10
187
Полная лучеиспускательная способность абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его термодинамической температуры:
(5.2)
где s = 5,67·10–8 Вт/(м2·К4) – постоянная Стефана–Больцмана.
Закон Вина
Длина волны, соответствующая максимуму излучения абсолютно черного тела, обратно пропорциональна его термодинамической температуре:
(5.3)
где b = 2,89·10–3м·К – постоянная Вина.
Работа 5.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ
СТЕФАНА–БОЛЬЦМАНА
Цель работы: Знакомство с работой пирометра, экспериментальное определение постоянной Стефана – Больцмана, расчет сопротивления нити накала и температурного коэффициента сопротивления нити накала исследуемой лампы.
Описание установки
Работа выполняется на установке, схема которой приведена на рис.5.1.
Энергия, потребляемая лампой, практически полностью расходуется на излучение, поэтому полную лучеиспускательную способность нити лампы накаливания можно выразить, используя закон Стефана – Больцмана, закон Кирхгофа и формулу для мощности тока 
,следующим образом:
(5.4)
где S – площадь поверхности нити; 
– коэффициент поглощения (или лучепоглощательная способность) нити; ТИ – истинная температура нити.
Рисунок 5.1 – Схема экспериментальной установки
П – пирометр, Л – исследуемая лампа накаливания, Тр – ЛАТР (лабораторный автотрансформатор), Д – движок трансформатора, с помощью которого изменяют ток и напряжение в лампе.
Тогда на основании (5.4) получаем следующую рабочую формулу для определения постоянной Стефана – Больцмана:
(5.5)
Значение S = 2,84×10–4м2, А = 0,3, сила тока I и напряжение U в лампе накаливания измеряются соответственно амперметром и вольтметром, температура 
накала нити измеряется в работе с помощью пирометра с «исчезающей нитью». Его схема приведена на рис.5.2. В фокусе объектива О2 помещается эталонная электрическая лампочка с изогнутой нитью накала Н. Нить лампочки и совмещенное с ней (при помощи объектива) изображение поверхности источника излучения наблюдаются в окуляр О1.
Рисунок 5.2 – Схема пирометра с «исчезающей нитью»
Реостат (на схеме обозначен R) служит для изменения напряжения накала нити пирометра, т.е. для изменения яркости ее свечения. Так как человеческий глаз очень чувствителен при определении контрастности светящихся тел, то, изменяя напряжение накала, можно добиться того, чтобы яркость нити сравнялась с яркостью излучающего тела. При этом нить пирометра «исчезает» на фоне поверхности источника излучения. При недостаточном накале глаз видит нить темной на фоне светящейся поверхности тела, при повышенном – светлой.
Гальванометр G имеет две шкалы, проградуированные в градусах Цельсия. При пользовании светофильтром Ф1 (красным) температуру определяют по верхней шкале. Градуирован прибор по излучению абсолютно черного тела, т.е., если излучающее тело является черным, его температура непосредственно измеряется по шкале. Если же тело является нечерным, то по шкале пирометра получают не истинную температуру тела, а температуру такого абсолютно черного тела, яркость которого одинакова с яркостью исследуемого тела (в области пропускания светофильтра). Такую температуру называют яркостной температурой тела – ТЯ. В работе переход от измеренной по пирометру температуры ТЯ к истинной (термодинамической) TИ осуществляется по формуле:
(5.6)
В работе могут быть определены по известным U, I и температуре, найденной с помощью пирометра, характеристики нити накаливания 
– сопротивление при t = 00C и a – температурный коэффициент сопротивления. Для этого используем формулы:
(5.7)
(5.8)
где температура 
, 
, а индексы 1 и 2 соответствуют двум разным измерениям U, I, t.
