mechanics.pl

Przeglądaj wersję html pliku:

PIROMETR

96-04-23 LABOLATORIUM Z FIZYKI

GRUPA 12

Jacek Szulc

TEMAT : Jakościowe sprawdzenie praw promieniowania za pomocą
pirometru optycznego.



1.ZAGADNIENIA TEORETYCZNE .

Ciała ogrzane wysylają promieniowanie elektromagnetyczne o
widmie ciągłym , kosztem własnej energii cieplnej . Prawa
rządzące tym prominiowaniem sformułowane zostały dla
promieniowania zrównoważonego . Promieniowanie nazywa się
zrówmoważonym wtedy , gdy dostarczona do ciała energia jest w
tym samym czasie wypromieniowana na zewnątrz . Wielkościami
charakteryzującymi promieniowanie termiczne są zdolność
emisyjna e((,T) , i zdolność absorpcyjna a((,T) . Zdolność
emisyjna promieniowania termicznego jest równa liczbowo energii
monochromatycznego promieniowania wysyłanego przez jednostkę
powierzchni ciała o temperaturze T , w czasie 1 sekundy w
jednostkowy kąt bryłowy . Zdolność absorpcyjna ciała podaje
jaki ułamek energii promieniowania o długości ( padającej na
powierzchnię ciała zostaje przez nią pochłonięty . Takie
ciało które pochłania całkowicie padające nań promieniowanie
nazywamy ciałem doskonale czarnym . Jego zdolność pochłaniania
jest w całym zakresie widma i dla wszystkich temperatur
równa jedności . Ciał doskonale czarnych w przyrodzie się nie
spotyka . Istnieją ciała których pochłanianie nie zależy od
długości fali , tylko od temperatury , ciało takie nazywamy
szarym . Podstawowym prawem promieniowania termicznego jest prawo
Kirchoffa stwierdzające , że stosunek zdolności emisyjnej
dowolnego ciała e((,T) do jego zdolności absorpcyjnej a ((,T)
jest równy zdolności emisyjnej ciała doskonale czarnego :

ea = e((,T)/a((,T)

Innym ważnym prawem jest prawo Stefana - Boltzmana które dla
ciał szarych ma postać :

E(T) = a ( S T (4)

gdzie :

E - ilośc energi emitowana w jednostce czasu .

a - współczynnik absorpcji .

S - powierzchnia ciała .

T - temperatura bezwzględna ciała .

Inną ważną zależnością jest : e a((,T)max =CT(4)
która mówi nam że maksymalna wartość zdolności emisyjnej
ciała doskonale czarnego proporcjonalna jest do piątej potęgi
temperatury bezwzględnej .

Z przytoczonych praw wynika że promieniowanie termiczne ciała
w danej dziedzinie widma zależne jest od jego temperatury T .
Na tej zależności oparte są metody wyznaczania temperatury
ciał zwane pirometrycznymi . W pirometrze optycznym doprowadza
się do zrównania luminacji ciała o nieznanej temperaturze z
luminacją ciała o temperaturze znanej . Ciałem o temperaturze
znanej jest żarówka której luminacja regulowana jest zmianą
natężenia prądu , a wskazania miliamperomierza są wyskalowane
w stopniach Celsiusza według ciała doskonale czarnego . Można
więc żarówkę uważać za ciało doskonale czarne . O dczyt
dokonany na skali pirometru podczas zrównania luminancji obu
ciał daje nie temperaturę rzeczywistą badanego ciała lecz
tzw. temperaturę luminacyjną T1 . Aby obliczyć temperaturę
rzeczywistą T stosuje się zależność :

1/T - 1/T1 = (/C2 ln a((,T)

2.METODA POMIAROWA .

Bdane jest promieniowanie cieplne włókna żarówki . Moc
wydzielona na żarówce określana jest z bezpośrednich
pomiarów napięcia i natężenia prądu płynącego przez jej
włókno . Temperaturę luminancyjną włókna mierzy się
pirometrem optycznym ze znikającą nicią .

3.WYNIKI POMIARÓW .

I

[A] U

[V] P

[W]

1

2 T1 [C]

3

4

5 T1SR

[C] T

[K]

2,20 3,48 7,656 1320 1290 1300 1310 1300 1304 1670

1,80 2,39 4,302 1140 1142 1140 1132 1138 1138 1484

2 2,89 5,78 1224 1220 1222 1226 1223 1223 1579

2,40 4,08 9,792 1398 1400 1394 1390 1398 1396 1774

2,60 4,74 12,32 1470 1482 1478 1480 1484 1479 1868



ln(T) ln(P) (P

[W] (T

[K]

7,421 2,035 0,041 24,613

7,303 1,459 0,03 8,253

7,365 1,754 0,035 4,812

7,481 2,282 0,047 8,666

7,533 2,512 0,054 11,743



4. OBLICZENIA .

Temperaturę rzeczywistą włókna lampy badanej obliczamy :



Błąd pomiaru mocy wyznaczamy z prawa przenoszenia odchyleń
standartowych , niepewności odczytu prądu i napięci wynoszą
odpowiednio : (u = 0,01 , (i = 0,01 więc niepewność pomiaru mocy
wyznaczamy :



niepewność pomiaru temperatury obliczamy także z prawa
przenoszenia odchyleń standartowych ale aby to uczynić musimy
znać błedy poszczególnych pomiarów temperatury które liczymy
z rozkładu studenta dla prawdopodobieństwa 99 % , zademonstruje
to na przykładzie pomiaru pierwszego

obliczamy wartość średnią :



dla t = 4,6 obliczamy niepewność przypadkową z zależności :



wynosi ona :



z prawa przenoszenia odchyleń standartowych obliczam niepewność
pomiaru temperatury :



wynosi ono 24,613 .

5. WYKRES ZALEŻNOŚCI ln(P) = f(ln(T)) .

WYKRES NA DOłĄCZONYM DO SPRAWOZDANIA

PAPIERZE MILIMETROWYM.

6. WYKłADNIK POTĘGOWY .

Mając dany wykres ln(P)=f(ln(T)) , szukamy współczynnika
kirunkowego tej prostej a = tg ( :

Poszczególne współczynniki policzymy z zależności :



i tak otrzymujemy :



Wartość średnia wynosi as = 4,663 , niepewność policzymy z :



Niepewność przypadkowa wynosi (a = 0,485 .

Wynik możemy więc przedstawić w postaci : a = 4,663 ( 0,485 .

7. WNIOSKI .

Ćwiczenie przebiegało sprawnie i bez problemu dawało odczytać
się ptrzebne wyniki . Celem ćwiczenia było wyznaczenie na
podstawie pomiarów wykładnika potęgowego ze wzoru Stefana -
Boltzmana , jak wiemy w tym prawie wykładnik ten jest równy
cztery . Jak widać z naszych wyników wykładnik ten ma
wartość zbliżoną do czterech co należało pokazać .