1 2 Поглинальна і випромінювальна здатність тел

1.2 Поглинальна і випромінювальна здатність тел

При поширенні випромінювання на кордоні двох середовищ відбувається як відображення, так і поглинання енергії світлового потоку.

Щоб охарактеризувати здатність тел поглинати падаюче на них випромінювання, вводиться поняття поглинальної здатності або коефіцієнта поглинання [7]. Під коефіцієнтом поглинання розуміється відношення світлового потоку, поглиненого в інтервалі,, до падаючого світлового потоку в тому ж інтервалі частот:

Тіла, здатні поглинати все падаюче на них випромінювання довільної довжини хвилі при будь-якій температурі, називаються абсолютно чорними тілами. Для абсолютно чорних тіл при всіх довжинах хвиль і при будь-якій температурі. Якщо коефіцієнт поглинання НЕ дорівнює одиниці, то тіло називається нечорним.

Одним з основних законів випромінювання нечорним тел є закон Кірхгофа, згідно з яким в стані термодинамічної рівноваги відношення щільності потоку енергії інтегрального випромінювання будь-якого тіла до його поглинальної здатності дорівнює щільності інтегрального випромінювання абсолютно чорного тіла, що знаходиться при тій же температурі:

Це ж справедливо і для монохроматичноговипромінювання. Але ставлення щільності потоку випромінювання нечорним тіла до щільності потоку випромінювання чорного тіла при одній і тій же температурі в одну і ту ж зовнішнє середовище носить назву випромінювальні здатності або коефіцієнта випромінювання. Отже, закон Кірхгофа встановлює рівність поглощательной і випромінювальної здатності:

Тому на практиці зазвичай і при поглинанні і при випромінюванні використовують поняття випромінювальної здатності тіла, маючи на увазі справедливість співвідношення (12) [7, 8].

Спектральна випромінювальна здатність будь-якого випромінювача є функцією довжини хвилі і температури. Однак вона залежить не тільки від матеріалу, але багато в чому і від стану його поверхні (шорсткість, окисленность) [1, 2, 4, 5, 6]. З цієї причини залежність випромінювальної здатності від довжини хвилі і температури, як правило, доводиться визначати емпірично для кожного окремого об'єкта вимірювання [5].

Якщо випромінювальна здатність в будь-якій частині спектра не змінюється зі зміною довжини хвилі, то такі нечорним випромінювачі називають сірими випромінювачами. Тіла, нерівномірно випромінюють в різних частинах спектра (на одних ділянках не випромінюють зовсім, на інших поводяться як чорні випромінювачі або ж випромінюють частина енергії чорного випромінювача), називаються селективними випромінювачами.

Випромінювальна здатність, певна інтеграцією в межах від до, називається випромінювальною здатністю для даної області спектра:

де - яскравість абсолютно чорного тіла.

При інтегруванні по всьому діапазону довжин хвиль отримують повну радіаційну здатність, що залежить вже тільки від температури, тоді як на значення впливають і межі інтегрування.

1.3 Закони випромінювання

Залежність спектральної енергетичної світності чорного тіла від частоти і температури описується рівнянням Планка [10, 11]

Формула Планка, наближення Вина, правило зміщення Віна і закон Стефана-Больцмана справедливі для теплового випромінювання абсолютно чорного тіла і є обґрунтуванням можливих методів оптичної пірометрії. Будь-який з оптичних пірометрів градуируют по випромінюванню абсолютно чорного тіла. Застосовуючи ці пірометри для вимірювання температури реальних тіл, що випромінюють суцільний спектр, в більшості випадків отримують значення температур, що відрізняються від дійсних температур цих тіл, оскільки їх випромінювання не відповідає випромінюванню чорного тіла. Ці температури реальних тіл, виміряні за їх тепловим випромінюванням, називають умовними. Умовні температури тіл, виміряні пірометрами, тим більше відрізняються від дійсних, чим значніше характер випромінювання цих тіл відрізняється від характеру випромінювання чорного тіла [1 - 5, 14 - 22].

Умовні температури знаходяться в певному співвідношенні з дійсними температурами реальних тіл, причому ці співвідношення між умовними і дійсними температурами встановлюються теоретично за допомогою законів випромінювання. Слід мати на увазі, що умовні температури даного тіла виходять при одній і тій же його дійсної температурі різними, в залежності від того, яке властивість випромінювання покладено в основу методу вимірювання умовної температури.

Розрізняють декілька умовних температур: яркостную, колірну і радіаційну.

1.4 Яскравості температура

Закон теплового випромінювання Планка показує, що спектральна яскравість сильно залежить від температури. Наприклад, у видимій області спектра при λ = 0,65 мкм і T = 1000 K спектральна яскравість чорного тіла зростає в 5000 разів швидше, ніж температура. Ця обставина дозволяє здійснювати вимірювання температури у видимій області спектра зі зміни яскравості тіла з температурою при даній довжині хвилі. Умовну температуру реального тіла, виміряну цим методом, прийнято називати яркостной температурою. Прилади, призначені для вимірювання яскравості температури у видимій області спектра, називають оптичними або яскравості пірометрами.

Отже, яркостной температурою реального тіла при довжині хвилі λ називається така температура чорного тіла, при якій спектральні та енергетичні яскравості реального тіла, що мають температуру Т і чорного тіла на одній і тій же довжині хвилі, рівні між собою [1 - 6].

Знайдемо співвідношення, що зв'язує дійсну і яркостную температури. Згідно визначення і з урахуванням виразу для:

Так як, то права частина рівняння завжди позитивна і яскравості температура фізичних тіл завжди менше їх дійсної температури. Значення коефіцієнтів випромінювання різних речовин необхідно брати з довідників [5] або визначати незалежним методом.

Якщо вимірювання проводяться в області значень Т. в якій формула Вина не забезпечить необхідну точність, то для визначення співвідношення між дійсною температурою реального тіла і його яркостной температури використовують формулу, наступну з рівняння Планка:

1.5 Колірна температура

Зміна температури тіла призводить до зміщення по довжині хвилі максимуму інтенсивності випромінювання (за правилом зміщення Віна (25)), це проявляється в зміні кольору тіла. Тому методи вимірювання температур, засновані на зміні з температурою розподілу енергії випромінювання по довжинах хвиль в спектрі, називаються колірними методами. Умовна температура, виміряна цими методами, називається колірною температурою [1-4].

Найбільшого поширення з існуючих отримав метод вимірювання температури кольору у видимій області спектра по відношенню енергетичних яскравостей у двох спектральних інтервалах. Цей метод вимірювання температури кольору може бути перенесений і на інфрачервону область спектра. У цьому випадку термін «колірна температура» матиме чисто умовний сенс, який вказує на метод вимірювання цієї величини. Прилади, призначені для вимірювання температури кольору по відношенню спектральних енергетичних яскравостей, прийнято називати пірометрами спектрального відношення або колірними пірометрами.

Уточнимо визначення колірної температури і знайдемо співвідношення, що зв'язує колірну температуру реального тіла з його дійсної температурою [1 - 4].

Колірною температурою реального тіла називається така температура чорного тіла, при якій відношення енергетичних яскравостей його на двох довжинах хвиль і дорівнює відношенню енергетичних яскравостей реального тіла, що володіє температурою Т. на тих же довжинах хвиль. Згідно з цим визначенням маємо:

Ця формула дозволяє обчислити дійсну температуру реального тіла Т. знаючи ставлення його спектральних коефіцієнтів випромінювання та й колірну температуру, виміряну пірометром.

Для сірих тіл, т. Е. Тел, у яких значення спектрального коефіцієнта випромінювання в даній ділянці спектра не змінюється з довжиною хвилі, колірна температура збігається з дійсною. Слід зазначити, що при температурах вище 1000 ° С випромінювання великої кількості оксидів і карбідів металів практично сіре [5, 6].

1.6 Радіаційна температура

В основу виміру температур по їх повного теплового випромінювання покладений закон Стефана-Больцмана. Умовну температуру реального тіла, виміряну цим методом, прийнято називати радіаційної температурою або температурою повного випромінювання. Пірометри, призначені для вимірювання радіаційного температури, зазвичай називають пірометрами повного випромінювання або радіаційними пірометрами [1 - 6].

Радіаційної температурою реального тіла називається така температура абсолютно чорного тіла, при якій його повна потужність випромінювання дорівнює повній енергії, випромінюваної реальним тілом при температурі Т.

Згідно з цим визначенням радіаційної температури:

Формула (31) дозволяє здійснити перехід до дійсної температурі Т. знаючи коефіцієнт випромінювання і радіаційну температуру, виміряну пірометром. Так як для всіх реальних тіл, то радіаційна температура тіла завжди менше його дійсної температури. Зазвичай в інструкціях до пірометри і в довідниках (див. Наприклад, [1, 2, 5]) наводяться значення для багатьох матеріалів.

Схожі документи:

г.№ 01.21.82 Список учасників Наукового Форуму «Крок в майбутнє» № п / п Прізвище, ім'я. Сергіївна 9 МБОУ ліцей Канівської район Чумак Олена Смелаовна 11 МОБУ ЗОШ.

) 23917, chifk_rektorat@mail.гu Чумаков В.М. Попова О.І. Всеукраїнська науково-практична конференція «Сучасна система. ) 320-61-84. edsonp @ Чумаков В.М. Паутов Е.С. Всеукраїнська науково-практична конференція «Сучасні проблеми.

і політичної діяльності, культурних і наукових досягнень людства, скільки «самого. робітничому середовищі. Головний герой Гліб Чумаков з усіх героїв Гладкова в. рр. // Мінінскіе читання: Матеріали наукової конференції / Наук. ред.р В.П. Макаріхин. Нижній.

-40 14-55 Козлова Е.М. Шунькіна Г.Л. Чумак Н.М. Суслова М.А. (Педіатрична лікарня №1, Львів. 2. Брага Е.А.1,2, Дмитрієв А.А.3, Сенченко В.М. 3, Кашуба В.І.4 (1ФГБНУ Науково-дослідний інститут загальної патології і патофізіології.