![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Теоретическое введение. Цель работы:изучение основных закономерностей теплового излучения методом оптической пирометрии, исследование температурной зависимости интегральногоСтр 1 из 26Следующая ⇒
ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Цель работы: изучение основных закономерностей теплового излучения методом оптической пирометрии, исследование температурной зависимости интегрального излучения вольфрама. Приборы и принадлежности: 1. оптический пирометр ЛОП-72 2. вольтметр 3. амперметр 4. цифровой комбинированный прибор Щ-4300 5. лампа накаливания 6. ЛАТР.
Теоретическое введение В нагретых телах часть внутренней энергии вещества превращается в энергию электромагнитного излучения, которая излучается в широком диапазоне частот (длин волн). Это излучение называют тепловым или температурным излучением. Все раскаленные твердые и жидкие тела имеют сплошной непрерывный спектр излучения. Распределение энергии в таком спектре зависит от температуры излучающего тела. Для характеристики излучения используются интегральные и спектральные (дифференциальные) параметры. Интегральный или полный поток излучения Ф (поток тепловой энергии) определяется количеством энергии, переносимой электромагнитными волнами в единицу времени через какую-либо поверхность. Энергетическая светимость или интегральная светимость R есть физическая величина, численно равная всей тепловой энергии, излучаемой в единицу времени с единицы поверхности тела по всем направлениям во всем интервале длин волн:
где S – излучающая поверхность. Единицы измерения R Яркостью называется величина В, равная энергии, излучаемой в единицу времени с единицы поверхности тела в единице телесного угла. Яркость связана с энергетической светимостью соотношением Спектральной (монохроматической) плотностью энергетической светимости (
Единица измерения Поглощательной способностью
Величина коэффициента поглощения, измеренная в малом спектральном интервале от Для всех реальных тел величина Тело, поглощающее всю падающую на него энергию, называется абсолютно черным ( В условиях термодинамического равновесия в любой момент времени для каждой длины волны излучаемая энергия равна поглощаемой. Такое излучение называется равновесным: падающая на поглощающее тело энергия излучения численно равна энергии излучения абсолютно черного тела (АЧТ). C учетом выражений (2) и (3) получаем для термодинамического равновесия:
где Таким образом, отношение спектральной энергетической светимости к его спектральной поглощательной способности не зависит от природы тела и является универсальной функцией длины волны и температуры (закон Кирхгофа ):
где индексы 1, 2, 3... соответствуют различным телам. Из закона Кирхгофа следует, что универсальная функция
Основываясь на гипотезе о квантовой природе излучения, Планк вывел для АЧТ формулу
где h = 6, 63× 10-34 Дж× с – постоянная Планка, k = 1, 38× 10-23Дж/К – постоянная Больцмана, с = 3× 108 м/с – скорость света в вакууме, С 1 = Проинтегрировав функцию Планка по всему интервалу длин волн, получим закон Стефана-Больцмана:
где График зависимости спектральной энергетической светимости АЧТ
Максимум спектральной энергетической светимости определяется из условия:
Подставив функцию В.-Вин вывел выражение lmT/ =/const, анализируя функцию
где
где Энергетическая светимость АЧТ, находящегося при температуре Т, в окружающей среде с температурой Т0 определяется как:
Тела, для которых Для реальных тел закон Стефана-Больцмана выполняется лишь качественно, то есть с ростом температуры энергетическая светимость всех тел увеличивается. В этом случае зависимость энергетической светимости от температуры уже не описывается простым соотношением (13), а имеет вид
Для измерения высоких температур широко применяются оптические методы, основанные на использовании законов теплового излучения. Область экспериментальной и технической физики, разрабатывающая эти проблемы, носит название – оптической пирометрии. Пирометры – приборы для измерения температуры нагретых тел по интенсивности их теплового излучения в оптическом диапазоне спектра (l = 400 В оптических пирометрах одна из характеристик излучения исследуемого тела сравнивается с соответствующей характеристикой АЧТ. Сравнение проводится по принципу равенства интегральных или спектральных светимостей (яркостей) или по идентичности спектрального состава. Соответственно различают и температуры: энергетическую (радиационную) ТР, цветовую ТЦВ, яркостную ТЯ. Энергетической (радиационной) температурой ТР, называют температуру АЧТ, при которой его энергетическая светимость равна энергетической светимости исследуемого тела при температуре Т. Цветовой температурой называют температуру АЧТ, при которой отношение спектральных энергетических яркостей видимой области спектра для двух заданных волн АЧТ и исследуемого тела одинаковы. Обычно используют Яркостной температурой называют температуру АЧТ, при которой его спектральная энергетическая яркость равна спектральной энергетической яркости исследуемого тела при той же длине световой волны. Обычно сравнение проводится при длине волны 660 нм.
|