Лабораторная установка

Лабораторная установка (см. схему на рис.3.) состоит из источника теплового излучения 1 (нихромовой спирали в форме цилиндра), механического модулятора светового потока, включающего обтюратор 2 и электродвигатель 3, набора оптических инфракрасных фильтров 4, сферического зеркала 5, пироэлектрического приемника излучения 6, электронного блока обработки сигнала фотоприемника с цифровым вольтметром 7 и блока питания 8.

Конструктивно установка выполнена в виде единого прибора, состоящего из оптико-механического блока, расположенного в левой части под прозрачной крышкой, и электронного блока в правой части. Смена оптических фильтров осуществляется поворотом барабана с фильтрами на фиксированный угол с помощью рукоятки, расположенной над крышкой. Поворот следует, производит плавно до щелчка, означающего фиксацию положению фильтра. При этом номер установленного фильтра индицируется в прямоугольном окне на верхней поверхности прозрачной крышки.

Функциональные назначения кнопок управления режимами работы электронного блока следующие:

- в нажатом (отжатом) положении кнопки «СЕТЬ» установка подключена

(отключена) к (от) сети переменного тока напряжением и частотой

.

- в нажатом положении одной из кнопок Т1, Т2 или Т3 излучатель подключен к источнику тока, определяющему температуру нагрева спирали при этом один из светодиодов.

Внимание! Не допускается одновременное нажатие любых двух кнопок из

Т1, Т2, Т3;

- в нажатом положении кнопки «МОДУЛЯТОР» подается напряжение на электродвигатель, и вращением обтюратора осуществляется модуляция светового потока;

- в нажатом положении кнопки «ДИАПАЗОН» показания цифрового индикатора следует увеличить в три раза.

Поток излучения от нихромовой спирали модулируется во времени через оптический фильтр и, отражаясь от сферического зеркала, падает на фотоприемник. Модуляция потока осуществляется с целью устранения влияния фоновых засветок, уменьшения влияния внутренних шумов фотоприемника и электронных схем, а также для эффективной обработки полезного сигнала.

Оптический узкополосный фильтр позволяет выделить из падающего потока излучения энергию узкого спектрального интервала.

Применив набор фильтров с различными , можно построить по результатам измерений спектральную кривую излучения нагретого тела. В установке применяются семь инфракрасных узкополосных фильтров.

В таблице-1 указаны величины , соответствующие номерам фильтров:

- коэффициент пропускания;

- длина волны, на которой фильтр имеет максимальное

пропускание .

таблица 1

№ фильтра
, мкм	2,08	2,51	3,21	3,90	4,59	6,21	8,40

Сферическое зеркало строит изображение излучателя в плоскости чувствительной площадки фотоприемника. Приемник обладает практически равной чувствительностью в диапазоне длин волн . Величина напряжения сигнала на выходе фотоприемника пропорциональна величине падающего на фотоприемник светового потока , а значит и , т.к. , где – площадь излучаемой поверхности.

Таким образом, показания цифрового индикатора вольтметра, выражаемые в вольтах, пропорциональны величине спектральной плотности энергетической светимости. В данной работе измеряется не абсолютное значение , а величина напряжения , пропорциональная .

Нихромовый излучатель можно считать серым телом, т.к. спектральный коэффициент излучения слабо зависит от длины волны. Поэтому форма кривой или в нашем случае в относительных координатах должна практически совпадать с формой кривой, описываемой Планка при той же температуре.

Построив кривые для различных температур, возможно осуществить проверку выполнения законов Вина и Стефана-Больцмана следующим образом. Из экспериментально полученных кривых определяют длины волн , на которых величина максимальна. Используя закон Вина рассчитывают температуру излучателя по формуле

(7)

где - постоянная Вина, и сравнивают вычисленное значение температуры с заданным в лабораторной установке.

Для проверки закона Стефана-Больцмана необходимо определить площади ограниченные кривыми для трех температур и осью абсцисс, и проверить справедливость соотношений. С другой стороны, можно экспериментально измерить величину напряжения, пропорциональную для трех температур (в этом случае вместо узкополосного фильтра устанавливается нейтральный ослабитель), и проверить справедливость соотношений

(8)

С другой стороны, можно экспериментально измерить величину напряжения , пропорциональную для трех температур (в этом случае вместо узкополосного фильтра устанавливается ослабитель), и проверить справедливость соотношений

(9)