Описание лабораторной установки. Внешний вид установки показан на рисунке 3.1.

Внешний вид установки показан на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1

В ее левой части под прозрачным кожухом находится оптико-механическая схема. Она состоит из блока сменных светофильтров, переключение которых осуществляется вращением ручки 1 по часовой стрелке. Номер введенного светофильтра находится в окне 2. Поворот следует производить плавно до щелчка, означающего фиксацию положения фильтра. Внутри блока светофильтров расположен источник излучения и оптический модулятор с электродвигателем. Модулированное излучение от источника, пройдя через светофильтр, направляется сферическим зеркалом 3 на пироэлектрический приемник 4. В правой части установки размещен электронный блок, органы управления которым и индикатор находятся на лицевой панели 5.

Блок-схема установки представлена на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2

Она состоит из источника теплового излучения 1 (нихромовой спирали в форме цилиндра); механического модулятора светового потока, включающего обтюратор 2 и электродвигатель 3; набор оптических инфракрасных фильтров 4; сферического зеркала; пироэлектрического приемника излучения 6; электронного блока обработки сигнала фотоприемника с цифровым вольтметром 7 и блока питания 8. Поток излучения от нихромовой спирали 1 модулируется во времени 2, проходит через оптический фильтр 4 и фокусируется сферическим зеркалом 5 на фотоприемник 6. Модуляция потока осуществляется с целью устранения влияния фоновых засветок, уменьшения влияния внутренних шумов фотоприемника и электронных схем. Оптический узкополосный фильтр позволяет выделить из падающего потока излучения энергию узкого спектрального интервала. В установке применяются семь инфракрасных узкополосных фильтров. Сферическое зеркало дает изображение излучателя в плоскости чувствительной площадки фотоприемника. Величина напряжения сигнала на выходе фотоприемника пропорциональна величине падающего на фотоприемник светового потока Ф_l,T, а значит и e(l,T), так как Ф_l,T =S × e(l,T), где S — площадь излучающей поверхности. Таким образом, показания цифрового вольтметра, выраженные в вольтах, пропорциональны величине спектральной плотности энергетической светимости. В данной работе измеряется не абсолютное значение e(l,T), а величина напряжения Ue_l,T, пропорционального e(l,T). Нихромовый излучатель можно считать серым телом, так как спектральный коэффициент излучения слабо зависит от длины волны. Поэтому форма кривой e_l,T, или в нашем случае Ue_l,T, в относительных координатах должна практически совпадать с формой кривой, описываемой функцией Планка.

В настоящей работе построив зависимости Ue_l,T (l,T=const) для различных температур, можно проверить выполнение законов Вина и Стефана-Больцмана следующим образом. Из экспериментально полученных кривых Ue_l,T (l,T=const) определяют длину волны l_max, на которой величина e_l,T максимальна. Используя закон Вина, рассчитывают температуру излучателя по формуле

T_эксп = b / l_max, (3.1)

где b = 2897.8·10^—6 м_*К — постоянная Вина — и сравнивают вычисленное значение температуры с заданным в лабораторной установке.

Для проверки закона Стефана-Больцмана необходимо измерить величину напряжения UR_T, пропорциональную для трех температур (в этом случае вместо узкополосного фильтра устанавливается нейтральный ослабитель № 8), и проверить справедливость соотношений

. (3.2)