16367

Определение степени черноты излучающего тела

Лабораторная работа

Физика

Лабораторная работа № 6 Определение степени черноты излучающего тела Цель работы: определение степени черноты излучающей поверхности тела. Задачи работы: Экспериментальное определение степени черноты различных тел. Экспериментальное исследование

Русский

2013-06-20

1012.5 KB

53 чел.

Лабораторная работа № 6

Определение степени черноты излучающего тела

Цель работы: определение степени черноты излучающей поверхности тела.

Задачи работы:

  1.  Экспериментальное  определение степени черноты различных тел.
  2.  Экспериментальное  исследование зависимости степени черноты поверхностей от температуры излучающего тела.

Основные сведения

Теплообмен излучением (лучистый или радиационный теплообмен), осуществляется в результате процессов превращения внутренней энергии вещества в энергию излучения, переноса энергии излучения, и её поглощения другим телом. Интенсивность этого обмена определяется взаимным расположением в пространстве тел, обменивающихся теплом, а так же свойствами поверхностей тел и среды, разделяющей эти тела. При этом любое тело, температура которого отлична от абсолютного нуля, испускает энергию, обусловленную нагревом тела. Это излучение называется собственным излучением тела и  определяется по закону Стефана-Больцмана . Здесь - степень черноты поверхности тела, = 5,67 Вт/(м2·К4) - коэффициент излучения абсолютно черного тела.

Теплообмен излучением осуществляется посредством электромагнитных волн. В камерах нагревательных печей на его долю приходится 90-95% суммарного теплообмена. Электромагнитные волны распространяются прямолинейно со скоростью света и подчиняются оптическим законам преломления, поглощения, отражения. Источником  этих волн являются материальные частицы, входящие в состав вещества. Для распространения электромагнитных волн не требуется материальной среды. В вакууме они распространяются со скоростью света и характеризуются длиной волны λ или частотой колебаний ν. При температуре до 1500 С основная часть энергии соответствует инфракрасному и частично световому излучению (λ=0,7 - 50 мкм).

Следует отметить, что энергия излучения испускается не непрерывно, а в виде определенных порций — квантов. Носителями этих порций энергии являются элементарные частицы излучения — фотоны, обладающие энергией, количеством движений и электромагнитной массой. При попадании на другие тела энергия излучения частично поглощается ими, частично отражается и частично проходит сквозь тело. Процесс превращения энергии излучения во внутреннюю энергию поглощающего тела называется поглощением. Большинство твердых и жидких тел имеют сплошной спектр излучения. Газы испускают энергию только в определенных интервалах длин волн (селективный спектр излучения). Твердые тела излучают и поглощают энергию поверхностью, а газы — объемом.

Излучаемая в единицу времени энергия в узком интервале изменения длин волн Δλ называется потоком монохроматического излучения Qλ. Поток излучения, соответствующий всему спектру, называется интегральным, или полным, лучистым потоком Q (Вт). Интегральный лучистый поток, излучаемый с единицы поверхности тела по всем направлениям полусферического пространства, называется плотностью интегрального излучения.

Каждое тело не только излучает, но и поглощает лучистую энергию. Из всего количества падающей на тело лучистой энергии (Qпад) часть ее (Qпог) поглощается (эта часть характеризуется коэффициентом поглощения А), часть (Qот) отражается (эта часть характеризуется коэффициентом отражения R) и часть (Qпр) проходит сквозь тело (эта часть характеризуется коэффициентом пропускания D) . При этом А+R+D=1.

Если тело поглощает все падающие на него лучи, то есть A=1, R=0, D=0, оно называется абсолютно черным. Если вся падающая на тело энергия отражается, то R=1, А=О, D=0. Если при этом отражение подчиняется законам геометрической оптики, тело называется зеркальным; при диффузном отражении, когда отраженная лучистая энергия рассеивается по всем направлениям, — абсолютно белым.  Если D=1, то A=0 и R=0. Такое тело пропускает все падающие на него лучи и называется абсолютно прозрачным.

В природе абсолютно черных, белых и прозрачных тел не существует.

При расчетах лучистого теплообмена между телами большое значение имеет результирующее излучение, представляющее собой разность между лучистым потоком, получаемым телом, и лучистым потоком, который оно испускает в окружающее пространство. Часто теплотехнические расчеты ведут на основе допущения излучения серых тел, имеющих непрерывный спектр излучения. Такое допущение упрощает решение многих теплотехнических задач, которые без него были бы неразрешимы. Собственное излучение большей части поверхностей, участвующих в теплообмене, действительно близко к серому, за исключением газов, излучение которых сугубо селективное.

Описание экспериментальной установки

Установка (рис. 1 и 2) представляет собой три тепловые мишени  диаметром 114 мм с электронагревателями, последовательно включенными в электрическую цепь (рис. 3). Нагреватели имеют одну и ту же мощность, одинаковым образом расположены на лицевой панели установки. Они отличаются друга лишь состоянием излучающей поверхности.  Первая мишень имеет черную закрашенную поверхность, вторая - закрашенную белую, третья – полированную металлическую.

В центре каждой мишени с внутренней стороны нагревателя зачеканены хромель -  копелевые термопары. Электрический сигнал с термопар подается на цифровые измерители температуры (2,5). В таблице 1 описаны сигналы отображаемые на дисплеях измерителей. Сигнал с измерителей поступает в компьютер через преобразователь.  

Рисунок 1 - Схема экспериментальной установки.

1 – мишень, окрашенная в черный цвет, 2 – измеритель температуры мишеней, 3 – мишень, окрашенная в белый цвет, 4 – беспроводной инфро-красный пирометр (отсутствует), 5 – измеритель температур мишеней, 6 - мишень с полированной поверхностью, 7 –автотрансформатор (ЛАТР)

Таблица 1 – Описание сигналов отображаемых измерителями ТРМ 200

Измеритель

Индикатор

Примечание

ТРМ 200 – левый (поз. 2 на рисунке 1)

Красный

Температура поверхности черной мишени

ТРМ 200 – левый (поз. 2 на рисунке 1)

Зеленый

Температура поверхности белой мишени

ТРМ 200 – правый (поз. 5 на рисунке 1)

Красный

Температура поверхности полированной мишени

ТРМ 200 – правый (поз. 5 на рисунке 1)

Зеленый

Температура комнатная

Рисунок 2. – фотография установки

Рисунок 3 – электрическая схема стенда

XP1 – вилка для подключения стенда к сети 220 В / 50 Гц, заземление обязательно!

XP2, XP3 – вилка USB для подключения к компьютеру (протокол USB 1.1)

XS1 – розетка для подключения дополнительных приборов к сети 220 В / 50 Гц, располагается сзади стенда в белом коробе. Максимальная мощность 1,5 кВт. Используется для подключения компьютера (ноутбука) при работе со стендом.

S1 – автоматический однофазный выключатель, мощность 6А (10А, 16А или 25А) в зависимости от модели стенда. Установлен на лицевой панели стенда.

S2 – выключатель подачи питания к автоматическому трансформатору со встроенным индикатором (светодиод). На стенде расположен в лицевой панели с обозначением ВК1.

La1 – индикаторная лампа, загорается при подаче к стенду питания 220В с помощью автоматического выключателя S1.

T1 – автоматический автотрансформатор подает регулируемое напряжение (0-220В) к нагревателям мишеней стенда.

T2 – понижающий трансформатор (220 – 9 В) для измерения напряжения на мишенях, В

R1, R2, R3 – нагреватели мишеней, общее сопротивление 78 Ом (на одной мишени сопротивление 26 Ом).

ТРМ 200 и 202 (200 в зависимости от комплектации) – измерители сигналов с термопар. Передача данных осуществляется по протоколу RS 485 c последующим преобразованием (преобразователь АС-4) и передачи данных в компьютер по протоколу USB.

Temp1…3 – термопары, установленные на обратной стороне мишеней для измерения температуры поверхности.

Порядок выполнения

  1.  Ознакомиться с устройством лабораторной установки
  2.  Включить компьютер, подключить USB шнуры стенда к компьютеру.
  3.  Вывести на экран лицевую панель лабораторной работы «ИК излучение» (рис. 4), и запустить режим измерения температуры  мишеней.

Рисунок 4. – Лицевая панель программы

  1.  Установить ИК-термометр, таким образом, чтобы лазерное пятно совпадало с центром первой мишени.
  2.  На лицевой панели запустите программу кнопкой «Пуск».
  3.  Включите ЛАТР клавишей ВК1 на панели и выведите напряжение на 90 В.
  4.  Определить и зафиксировать в таблице 2 температуру окружающей среды Тж.
  5.   В течение 5 минут наблюдать на лицевой панели компьютерной системы измерения показания термопар (на многолучевом графике) Т1 – черной, Т2 – белой, Т3 – полированной мишеней, закрепленных с внутренней сторон мишеней.
  6.  Сравнить показания термопар и показаний ИК-термометра..
  7.  Увеличить температуру нагрева мишеней до 100, 110 С.
  8.  Обработать полученные данные по всем мишеням и определить степень черноты εj для каждой при разных температурах их поверхностей (при этом как и в формулах 2 температура берется в Кельвинах)

           

         (2)

где  Тч, Тб, Тп, – температура черной, белой или полированной поверхностей соответственно, измеренные термопарой, К,

Тикч, Тикб, Тикп,– температура черной, белой или полированной поверхностей, соответственно, измеренные ИК пирометром, К.

Tж – температура окружающей среды (см. зеленый индикатор правого измерителя температуры), К.

Таблица 2. Результаты измерения температуры излучающих поверхностей

№№

Опы-

тов

Уровень напряжения

Выделя-

емая

мощность

Измеренные значения температур

Степени черноты поверхностей

 

 

 

 

В

Вт

К

К

К

К

К

К

εч

εб

εп

1

90

2

100

3

110

      

Вывод

PAGE  1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

40657. Рыночная экономика: содержание, основные черты 35.5 KB
  В условиях исследуемой формы хозяйства рыночные связи охватывают всю систему и всех субъектов экономических отношений. Основных субъектов рыночного хозяйства принято подразделять на три группы: домашние хозяйства бизнес предприниматели и правительство. В рамках домашнего хозяйства потребляются конечные продукты сферы материального производства и сферы услуг. Домашние хозяйства являются собственниками и поставщиками факторов производства в рыночной экономике.
40658. Стратегические и финансовые цели предприятия 52.5 KB
  Стратегические и финансовые цели предприятия. То есть говоря иначе цели это конкретное состояние отдельных параметров организации на достижение которого направлена ее деятельность. Они являются исходной точкой планирования; цели лежат в основе построения организационных отношений; на целях базируется система мотивирования используемая в организации; наконец цели являются точкой отсчета в процессе контроля й оценки результатов труда отдельных работников подразделений и организации в целом. Это долгосрочные и краткосрочные цели.
40659. Деньги, денежная система и ее регулирование 34.5 KB
  Но уже с самого зарождения товарного обмена начался процесс формирования будущих денег. Возникновение денег закономерный результат развития товарного обращения и форм стоимости. Сущность денег раскрывается в их функции. Без денег возможен только прямой обмен предполагающий что у каждого из партнеров есть то что нужно другому.
40660. Издержки производства и их виды. Динамика издержек производства 163.5 KB
  Издержки производства и их виды. С этой точки зрения можно утверждать что издержки которые следует учитывать при принятии экономических решений это всегда альтернативные издержки т. Как правило основная часть затрат фирмы представляет собой явные издержки денежные выплаты поставщикам факторов производства. Другими словами явные издержки фирмы это ее фактические расходы на оборудование сырье энергию полуфабрикаты заработную плату аренду помещения и т.
40661. Стратегии предприятия и процесс их разработки 64 KB
  Стратегии предприятия и процесс их разработки. Определение стратегии для фирмы принципиально зависит от конкретной ситуации в которой находится фирма. Однако существуют некоторые общие подходы к формулированию стратегии и некоторые общие рамки в которые вписываются стратегии. Такое понимание стратегии справедливо только при рассмотрении на верхнем уровне управления организации.
40662. Функция фирмы, измерение результатов производственной деятельности 40.5 KB
  Функция фирмы измерение результатов производственной деятельности. Коуз считают что появление фирмы объясняется необходимостью уменьшения трансакционных внешних издержек. Деятельность фирмы характеризуют: функции принципы целевая направленность оптимальный размер. Основные функции фирмы: мобилизующая состоящая в объединении различных факторов производства для создания благ и услуг; производственная связана с рациональным использованием ресурсов; инвестиционная связана с инвестированием денежных средств в развитие основного...
40663. Рынок труда. Региональные особенности рынка труда в современной России 38.5 KB
  Рынок труда. Региональные особенности рынка труда в современной России. Специфика рынка труда во многом определяется особенностями того товара который на нем представлен. Поэтому на рынке труда продается и покупается не сам труд а услуги труда количество и качество которых зависят от многих факторов уровня профессиональной подготовки работника его квалификации опыта добросовестности и других.
40664. Инфляция: особенности российской инфляции и антиинфляционная деятельность государства 115 KB
  Инфляция: особенности российской инфляции и антиинфляционная деятельность государства. Сущностью инфляции является дисбаланс между совокупным предложением и совокупным спросом в сторону превышения последнего сложившийся одновременно на всех рынках на товарном денежном и рынке ресурсов. Это открытая форма инфляции. Некоторые экономисты полагают что дефицит это антипод открытой инфляции: если отпустить цены то дефицит быстро исчезнет но за это придется заплатить повышением общего уровня цен.
40665. Социальная политика государства 35 KB
  Исходя из приоритета анализа экономики необходимо прежде всего остановиться на регулировании доходов непосредственных Участников хозяйственной деятельности. Дело в том что внутренние механизмы рыночной саморегуляции и распределения доходов не могут быть признаны социально удовлетворительными. Требуется государственное вмешательство с целью корректировки системы распределения и перераспределения доходов в обществе. При этом необходимо сознавать что регулирование доходов отношения найма занятости относятся не только к сфере...