Оптическая пирометрия и тепловые источники света

Планк вывел для универсальной функции Кирхгофа формулу

, (6.10)

которая блестяще согласуется с экспериментальными данными по распреде­лению энергии в спектрах излучения черного тела во всем интервале час­тот и температур. Теоретический вывод этой формулы М. Планк изложил в 1900 г. ставшим датой рождения квантовой физики.

Из формулы Планка, зная универсальные постоянные h, k и с, можно вычислить постоянные s Стефана-Больцмана и b Вина. А зная экспериментальные значения s и b, можно вычислить значения h и k.

Таким образом, формула Планка не только хорошо согласуется с экспериментальными данными, но и содержит в себе частные законы теплового из­лучения. Следовательно, полное решение основной задачи теплового излучения, поставленной Кирхгофом, стало воз­можным лишь благодаря революционной квантовой гипотезе Планка.

Законы теплового излучения используются для измерения температуры рас­каленных и самосветящихся тел (например, звезд). Методы измерения вы­соких температур с зависимостью спектральной плотности энергетической светимости или интегральной энергетической светимости тел от температуры называются оптической пирометрией, а приборы предназначенные для этих целей, - пирометрами. В зависимости от того, какой закон теп­лового излучения применяется, различают радиационную, цветовую и яркостную температуры тел.

1. Радиационная температура - это такая температура черного тела, при которой его энергетическая светимость Re равна энергетической светимоcти Rт исследуемого тела. В данном случае регистрируется энергетическая светимость исследуемого тела, и по закону Стефана-Больцмана (6.6) вычисляется его радиационная температура:

. (6.11)

2. Цветовая температура. Для серых тел (или тел близких к ним по свойствам) спектральная плотность энергетической светимости

R_l,т = А_т r_l,т,

где Ат = const < 1. Следовательно, распределение энергии в спектре из­лучения серого тела такое же, как и в спектре черного тела, имеющего ту же температуру. Поэтому к серым телам применим закон Вина, т.е., знàя длину волны l max, соответствующую максимальной спектральной плотности энергетической светимости R_l,Т исследуемого тела, можно определить его температуру

,

которая называется цветовой температурой; для серых тел цветовая темпе­ратура совпадает с истинной. Для тел, сильно отличающихся от серых, понятие цветовой температуры теряет смысл. Таким способом определяется темпера­тура на поверхности Солнца (Тц» 6500 К) и звезд.

3. Яркостная температура. Это температура черного тела, при ко­торой для определенной длины волны его спектральная плотность

энергети­ческой светимости равна спектральной плотности

энергетической светимости исследуемого тела, т.е.

r _l,Т = R_l,_т, (6.12)

где Т - истинная температура тела.

В качестве яркостного пирометра обычно используется пирометр с исчезающей нитью, накал которой подбирается таким, чтобы выполнялось условие (6.12).В данном случае изображение становится неразличимым на фоне поверхности раскаленного тела, т.е. нить как бы "исчезает". Используя проградуированный по черному телу миллиамперметр, можно определить яркостную температуру. Зная поглощательную способность А_l,т тела при той же длине волны, по яркостной температуре можно определить истинную.

Дата добавления: 2014-11-16