ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.04.2025
Просмотров: 186
Скачиваний: 1
7 |
|||||
120 |
|||||
100 |
|||||
|
мА |
80 |
||||
|
I, |
|||||
|
Ток, |
|||||
60 |
|||||
40 |
|||||
20 |
|||||
0 |
|||||
0 |
50 |
100 |
150 |
200 |
|
Напряжение U, В |
|||||
Рис. 4. Типичный вид вольтамперной характеристики нити накала |
|||||
Принципиальная электрическая блок-схема установки приведена на РИС. 5. Напряжение от источника питания поступает на исследуемую нить накала лампы 1Ц7С. Регулировка тока накала обеспечивается кнопками «РЕГУЛИРОВКА ТОКА» (они управляют положением контакта на резисторе R, показанном на блок-схеме). Ток и напряжение накала измеряется комбинированным измерительным прибором, показания индуцируются на ЖК-индикаторе. Так как исследуемый образец оксидного катода можно считать серым телом в ограниченном диапазоне температур, измерения проводятся в интервале 1000 ÷ 2200 К. Коэффициенты поглощения AT вольфрама при различных температурах приведены в ТАБЛ. 1.
Рис. 5. Принципиальная блок-схема установки
Температура вольфрамового катода, как правило, неодинакова в различных точках, так как его концы охлаждаются значительно сильнее, чем середина за счёт теплоотвода на массивных держателях. При коаксиальном расположении электродов лампы и симметрично расположенных держателях можно считать, что кривая изменения температуры вдоль катода имеет широкий размытый максимум в средней части, что позволяет считать, что большая часть нити накала имеет во всех точках практически одинаковую температуру. Массивный анод в схеме не
8
подключён, однако он является дополнительным термостабилизирующим фактором, замедляя отвод тепла от катода. Из-за наличия анода при выполнении эксперимента нить накала не видна сквозь окошко в корпусе установки и визуально контролировать накал нити нельзя.
Таблица 1
Коэффициент поглощения оксидного вольфрамового катода
Истинная температура Т, К |
AТ |
1000 |
0,118 |
1200 |
0,201 |
1400 |
0,218 |
1600 |
0,315 |
1800 |
0,348 |
2000 |
0,423 |
2200 |
0,516 |
2. Порядок выполнения работы
1.Включить установку в сеть с напряжением 220 В. Поставить переключатель «СЕТЬ» в положение «ВКЛ», при этом должен загореться сигнальный светодиод.
2.Кнопками «УСТАНОВКА ТОКА» изменять ток накала лампы, контролировать значение этого тока I и напряжения на нити накала U с помощью встроенного измерительного прибора. Данные занести в ТАБЛИЦУ 2.
3.По окончании работы поставить переключатель «СЕТЬ» в положение «ВЫКЛ» и вынуть сетевую вилку из розетки.
3. Данные установки |
|
Сопротивление нити накала при комнатной температуре: |
Rкомн = 0,307 Ом |
Комнатная температура: |
Tкомн ≈ 300 К |
Площадь поверхности нити накала: |
S = 5∙10–7 м2 |
Температурный коэффициент сопротивления материала нити |
|
накала: |
α = 4,5∙10–3 К–1 |
Инструментальная погрешность измерения тока в нити накала: |
I = 2 мА |
Инструментальная погрешность измерения напряжения на нити |
|
накала: |
U = 0,02 В |
4. Обработка результатов измерений
1.Для каждого измеренного значения тока и напряжения накала, рассчитать:
мощность, рассеиваемую излучателем, по формуле (8);
сопротивление нити накала (10);
температуру нити (11);
натуральный логарифм мощности;
натуральный логарифм температуры.
Все данные занести в ТАБЛ. 2.
9
Таблица 2 |
||||||||
U, В |
I, мА |
P, Вт |
R, Ом |
T, К |
ln P |
ln T |
AT |
σ, Вт/(м2·К4) |
2. Построить график зависимости ln P от ln T. Линейность графика подтверждает справедливость формулы (9). Найти n в формуле (9) как отношение приращений
n |
Δ(lnP) |
|
Δ(lnT) |
||
по линейной аппроксимации зависимости ln P (ln T) на графике. Сравнить найденное значение n с используемым в формуле (3).
3. Используя формулу (7), оценить коэффициент B;
B |
P P |
. |
||||
2 |
1 |
|||||
S(T |
n |
T |
n |
) |
||
2 |
1 |
|||||
Здесь S – площадь поверхности спирали, P2 и P1 – мощности, подводимые к спирали соответственно при температурах T2 и T1 [по линейной аппроксимации зависимости ln P (ln T) на графике].
4. По графику ln P (ln T) рассчитать погрешность измерения n и σ. Записать окон-
чательный результат в виде
n n
n
с учётом правил округления.
5. По данным ТАБЛИЦЫ 1 построить график зависимости AT(T) для исследуемого тела. Найти на этом графике значения поглощательной способности AT для температур эксперимента и занести их в ТАБЛ. 2.
6. По формуле, следующей из (4) и (7),
σ BTn 4 AT
рассчитать значение постоянной Стефана-Больцмана σ для каждого значения T из ТАБЛ. 2 и занести его в ту же таблицу.
7. По данным ТАБЛ. 2 рассчитать среднее значение σ и погрешность его измерения.
Записать окончательный результат в виде
σ σ
σ
с учётом правил округления.
8. Сравнить полученное значение σ со справочным значением полняется ли равенство
σ
. Проверить, вы-
σ σ σ .
Б. Проверка выполнения закона смещения Вина. Определение постоянной Вина
Цель работы: исследование зависимости спектральной излучательной способности нити накала от температуры и длины волны излучения; оценка постоянной Вина.
1. Описание метода измерений
В этом эксперименте в качестве объекта исследования используется нить накала обычной лампы накаливания, представляющая собой хорошую модель излучателя – серого тела. Температура нити накала лампы устанавливается многофункциональной кнопкой «РЕЖИМ РАБОТЫ. ВХОД/ТЕМПЕРАТУРА». Излучение от лампы накаливания попадает на фотодатчик, максимум спектральной чувстви-
10
тельности которого изменяется в зависимости от приложенного напряжения и находится при данном поданном на датчик напряжении в достаточно узкой области длины волны (спектральная характеристика фотоприёмника имеет ярко выраженный максимум при определённой длине волны при подачи на него данного напряжения). Установка максимальной спектральной чувствительности датчика осуществляется кнопками «ДЛИНА ВОЛНЫ», установленное значение длины волны отображается на ЖК-дисплее. Таким образом, измеряется значение излучательной способности серого тела на данной длине волны при некоторой установленной температуре нити накала излучателя. Напряжение фотодатчика uвых пропорционально величине излучательной способности rλ, T нити накала, так при освещении фотодатчика в его цепи возникает электрический ток, пропорциональный интенсивности падающего света. Такая система позволяет снять зависимости излучательной способности серого тела rλ, T = uλ, T ~ uвых от длины волны при различных температурах и получить характеристику, подобную представленной на РИС. 2.
В данной работе находят длины волн, соответствующие максимуму спектральной излучательной способности исследуемого тела при различных температурах. Затем строят график зависимости длины волны λm, соответствующей максимуму излучательной способности тела, от обратной температуры 1/T. Эта зависимость должна быть линейной согласно закону смещения Вина (5).
2. Порядок выполнения работы
1.Включить установку в сеть с напряжением 220 В. Поставить переключатель «СЕТЬ» в положение «ВКЛ», при этом должен загореться сигнальный светодиод.
2.Кнопкой «РЕЖИМ РАБОТЫ. ВХОД/ТЕМПЕРАТУРА» установить температуру нити накала.
3.Кнопками «ДЛИНА ВОЛНЫ» изменять длину волны, для которой измеряется спектральная излучательная способность. При этом качественно визуально отслеживать изменение яркости нити накала через окошко в корпусе эксперимен-
тальной установки. Измерять выходное напряжение фотодатчика uвых с помощью встроенного измерительного прибора. Для каждого значения температуры T нити накала провести серию измерений (всего должно быть выполнено пять серий). Результаты всех серий занести в ТАБЛИЦУ 3.
4.По окончании работы поставить переключатель «СЕТЬ» в положение «ВЫКЛ» и вынуть сетевую вилку из розетки.
3. Данные установки |
|
Инструментальная погрешность измерения длины волны: |
λ = 50 нм |
Инструментальная погрешность измерения напряжения фото- |
|
датчика: |
uвых = 0,02 В |
Инструментальная погрешность измерения температуры нити |
|
накала: |
T = |
4. Обработка результатов измерений
1. По данным ТАБЛ. 3 построить графики зависимостей uвых(λ). Графики всех пяти серий измерений построить в одних осях, отметив, какой температуре какая кривая соответствует.