Материал: МЭИ(ТУ) Физика

Лабораторная работа 14В

ИССЛЕДОВАНИЕ ОТРАЖЕНИЯ И ПРОПУСКАНИЯ ПОЛЯРИЗОВАННОГО СВЕТА СТОПОЙ СТОЛЕТОВА

1. Порядок выполнения работы

1.На оптической скамье установить осветитель, поляроид, стопу Столетова.

2.Отъюстировать оптические приборы так, чтобы оси выходного окна осветителя, поляроида и тубуса фотоэлемента располагались на одной высоте. Плоскость выходного окна осветителя и поляроида должны быть перпендикулярны оптической скамье.

3.Подключить фотоэлемент к микроамперметру и измерить фототок iф, соответствующий освещенности аудитории (фоновый фототок).

4.Включить в сеть источник света нажатием кнопки "СЕТЬ" на панели прибора. Проделать п. 4 работы № 14А.

5.Освободив зажимной винт 11 (рис. 7) на стойке рейтера со столиком и стопой Столетова, повернуть столик так, чтобы метка на его центральной части указывала направление падающего луча. Установив таким образом столик, зафиксировать его положение зажимным винтом 11 на стойке рейтера. При совмещении метки "0" на внутреннем лимбе с меткой на столике падение луча на стопу Столетова будет нормальным.

6.Установить стопу Столетова так, чтобы падающий на нее луч света составлял угол

φ≈ 60° с нормалью к ее поверхности. При этом деление внутреннего лимба, соответствующее 60°, должно находиться против метки на столике. Повернуть кронштейн с фотоэлементом и установить его так, чтобы указатель на кронштейне фотоэлемента находился против деления внешнего лимба, соответствующего углу

φ= 60° по другую сторону от 0° (угол отражения равен углу падения).

7.Вращая поляроид вокруг горизонтальной оси и следя за стрелкой микроамперметра, добиться минимального значения фототока. Минимум фототока указывает на то, что плоскость колебаний вектора Е в падающем луче совпадает с плоскостью падения. Записать значение угла α0, стоящее против вертикальной стрелки на его оправе.

8.Проделать п. 6 для углов падения в интервале от 0° до 80° через каждые 5°, измеряя фототок i||. Данные занести в табл. 3.

9.Повернуть поляроид так, чтобы вертикальная метка на его оправе указывала на деление лимба, равное α0 + 90°.

Проделать п. 6 для углов падения луча в интервале от 5° до 80° через каждые 5°,

измеряя фототок i . Данные занести в табл. 3.

10.Поворотом вокруг вертикальной оси установить стопу так, чтобы луч света скользил вдоль ее плоскости. Кронштейн с фотоэлементом развернуть так, чтобы скользящий луч попадал на фотоэлемент. Записать показания микроамперметра i0, пропорциональные интенсивности I0 света, выходящего из поляроида. Эта величина не должна зависеть от угла поворота поляроида.

11.Для измерения интенсивности света, прошедшего через стопу Столетова, развернуть фотоэлемент навстречу падающему лучу (указатель фотоэлемента на делении 180° по внешнему лимбу). Затем повернуть поляроид так, чтобы вертикальная метка на его оправе указывала значение угла α0 . В интервале углов падения луча φ = 10°, 20°, ... 80° через каждые 10° снять зависимость фототока i|| от φ, соответствующего прошедшей через стопу Столетова E|| компоненте падающего света. В процессе измерения положение фотоэлемента не следует изменять, так как луч, прошедший через плоскопараллельную пластинку, не меняет своего направления, а лишь слегка смещается. Данные занести в табл. 4.

12. Повернуть поляризатор на 90° (α = α0 + 90°) и в интервале углов падения

φ = 10°, 20°, ..., 80° через каждые 10° снять зависимость фототока i от φ. Данные занести в табл. 4.

2. Обработка результатов измерений

80°

1.Вычитая из всех показаний фотоэлемента фототок iф, соответствующий освещенности аудитории, найти коэффициенты отражения и пропускания для каждой из компонент вектора Е падающего света. Коэффициенты пропускания τ|| и τ рассчитывать по формулам

2.Построить графики зависимостей ρ||(φ), ρ (φ), τ||(φ), τ (φ) в декартовой системе ко-

ординат. По графику зависимости ρ||(φ) найти угол Брюстера и по формуле n = tg φБp найти показатель преломления стекла, из которого выполнена стопа Столетова.

Лабораторная работа № 16

ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ СПИРАЛИ ЛАМПЫ

НАКАЛИВАНИЯ С ПОМОЩЬЮ ОПТИЧЕСКОГО

ПИРОМЕТРА И УСТАНОВЛЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ

ИНТЕГРАЛЬНОГО ЛУЧЕИСПУСКАНИЯ ВОЛЬФРАМА

ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ

Цель работы: измерение температуры спирали лампы накаливания с помощью оптического пирометра; изучение методов оптической пирометрии и законов теплового излучения.

1. Введение

Пусть имеется чёрное тело, нагретое до некоторой температуры T, и пусть на его фоне расположена нить накала специальной пирометрической лампы. Если рассматривать нить и тело через светофильтр, выделяющий из спектра обоих тел излучение определённой длины волны, то, регулируя ток накала в нити лампы, можно добиться того, что нить перестанет быть видимой на фоне нагретого чёрного тела. Это произойдёт тогда, когда яркости чёрного тела и нити для используемой длины волны сравняются. Выполнив эти операции для ряда значений температур чёрного тела, мы проградуируем в шкале температур яркости нити в зависимости от тока накала. После этого можно применять нить пирометрической лампы в качестве термометра.

Действительно, поместив проградуированную нить на фоне любого нагретого тела, температуру которого надо измерить, и, изменяя ток накала, можно добиться исчезновения нити на фоне нагретого тела. Тем самым мы находим по установившемуся току накала температуру чёрного тела. Если бы тело, температуру которого мы определяем, излучало как чёрное тело, то искомая температура тем самым была бы найдена. Если же оно излучает иначе, чем чёрное тело, то найденная таким образом температура нуждается в поправке.

В самом деле, при таком измерении мы узнаём не истинную (термодинамическую) температуру данного тела, а ту температуру абсолютно чёрного тела, при которой интенсивность излучения, пропускаемого светофильтром, равнялась бы интенсивности

излучения исследуемого тела в той же области спектра. Эту температуру называют яр-

костной.

Очевидно, что яркостная температура нечёрного тела ниже истинной термодинамической, а также и различна для различных участков спектра, т. е. излучательная способность любого тела меньше излучательной способности чёрного тела. Следовательно, при одинаковой яркости температура абсолютно чёрного тела ниже температуры нечёрного тела. Различие между яркостной и истинной термодинамической температу-

рой может быть значительным. Например, для вольфрама вблизи 1000°С термодинамическая температура выше яркостной на 47°С, а при 3000°С – уже на 327°С. Для измерения истинной температуры по яркостной достаточно знать отношение Eλ, T/ελ, T (коэффициент излучательной способности) в той области спектра, которая пропускается используемым светофильтром. Для вольфрама при λ = 660 нм Eλ, T/ελ, T = 0,4. Связь между яркостной и термодинамической температурами находим по графику (таблице).

2. Описание установки и метода измерений

Измерения температуры тела осуществляются при помощи оптического пирометра (рис. 1) путём сравнения яркости тела с яркостью нити, проградуированной по чёрному телу. Объектив пирометра 1 проектирует изображение исследуемого тела на плоскость расположения нити накала пирометрической лампы (рис. 2). Нить накала лампы и изображения исследуемого объекта рассматриваются наблюдателем через окуляр 4. В этом окуляре находится красный (λ = 660 нм) светофильтр. Светофильтр всегда необходим при измерениях, и он выводится и вводится в поле зрения окуляра вращением рифлёного кольца 3 на окуляре пирометра. В пирометре имеется ещё красноватый светофильтр для уменьшения яркости излучения исследуемых тел в тех случаях, когда их температура превышает 1400°С. Применяя светофильтр, можно измерять температуру тела до 3000°С. Шкала миллиамперметра 5, включённого в цепь накала лампы, проградуирована непосредственно в градусах Цельсия. Этот миллиамперметр, встроенный в пирометр, имеет две шкалы для диапазонов температур от 1200°С до 2000°С и от

1800°С до 3200°С. Нить накала подключена к аккумулятору. Ток нити регулируется реостатом, вмонтированным в пирометр. Изменение сопротивления реостата в процессе измерений температуры осуществляется вращением кольца 2.