Основные положения теории нагрева

Источники света

Измерение освещённости

Необходимость в измерениях освещенности возникает на предприятиях (для оценки достаточности освещения рабочих мест), в помещениях общественных и административных зданий, на открытых пространствах, а также в лабораторной обстановке.

Для измерения освещенности применяется специальный фотометрический прибор ‑ люксметр. Простейший фотоэлектрический люксметр представляет собой селеновый фотоэлемент, в цепь которого включен стрелочный гальванометр.

Измерение силы света производится при помощи фотометра, но часто функции глаза выполняет люксметр.

Измерение светового потока осуществляется при помощи шаровых фотометров. Этот прибор представляет собой полый шар диаметром 0,5…2,5 м, окрашенный изнутри белой диффузно отражающей краской. Шар выполняется разъёмным для того, чтобы можно было разместить внутри ИС, световой поток которого надлежит измерить. После включения ИС в сеть его световой поток многократно отражается внутри шара, и освещённости в нем выравнивается. Через небольшое окошечко люксметром замеряется освещённость внутри и сравнивается со значением освещённости, создаваемой эталонным ИС с известным световым потоком. После перерасчёта находится световой поток исследуемого источника.

Электрические источники света можно подразделить на две группы:

1. Источники теплового излучения. Это излучение возникает в результате теплового движения (колебательного или вращательного) молекул и атомов излучающего объекта.

2. Разрядные источники света – это источники, в которых световой поток возникает в результате электрического разряда в газах, парах металлов или в их смесях.

Основные теоретические положения, характеризующие нагрев тел, наиболее хорошо изучены на примере так называемого идеального излучателя − абсолютно черного тела (АЧТ) или как его иначе называют, – «излучателя Планка». Для реальных излучателей эти положения выполняются с некоторыми отступлениями от идеализированной теории, но эти отступления не носят принципиального характера.

Спектральная плотность j(l) потока излучения является функцией абсолютной температуры тела и принимает различные значения для различных длин волн (рис. 24). Углубленный анализ этих зависимостей позволил сделать следующие известные из курса физики выводы:

· общий поток излучения (площадь под кривой j(l)) пропорционален четвертой степени абсолютной температуры тела F_S ~ T⁴ ( Закон Стефана − Больцмана);

· максимальная плотность потока излучения пропорциональна пятой степени абсолютной температуры тела: j(l)_МАК ~ T ⁵;

· длина волны, соответствующая максимальной плотность потока излучения, обратно пропорциональна абсолютной температуре тела: l_МАК ~ 1/ Т (Закон смещения Вина);

· максимальная плотность потока излучения находится в видимой области спектра при нагреве излучателя до температур, лежащих в диапазоне от 3750 до 7800 К.

В связи с тем, что при изменении температуры нагрева тела меняется спектральный состав излучения, для наблюдателя такое тело будет менять свой цвет от темно-бордового при относительно меньших температурах до темно-красного, красного, желтого и белого при больших температурах. Это явление можно наблюдать, разогревая металлический гвоздь в пламени газовой горелки.

По этой причине для характеристики излучения различных объектов используется понятие «цветовая температура».

Цветовая температура Т_Ц реального объекта – равна температуре АЧТ, при которой его излучение совпадает по спектральному составу с излучением этого объекта. Международное обозначение цветовой температуры – ССТ (Correlated Color Temperature)/

Естественному свету соответствует цветовая температура 6500 К.

Если для ЛН цветовая температура близка к фактической температуре нагрева спирали, то для других ИС цветовая температура не связана с реальной.

Психологически синие тона воспринимаются как холодные, а красные – как тёплые. Это служит объяснением странной взаимосвязи – чем выше цветовая температура ИС, тем более холодным кажется спектр его излучения.

Световой КПД показывает (рис. 25),какую долю световой поток Ф составляет от полного потока излучения F: h_C = Ф/F.

Световой КПД зависит от температуры нагрева объекта (рис. 26) и достигает теоретического максимума равного 14,5% при температуре 6500 К (температура поверхности Солнца). Это объясняется тем, что в процессе эволюции глаз человека приспособился к естественному источнику света. С дальнейшим ростом температуры максимум излучения теплового излучателя выходит из видимой области спектра и световой КПД уменьшается.

Так как температура, до которой разогрето тело накала ЛН, значительно ниже – 2400…2900 К (вольфрам плавится при 3653 К), то для них световой КПД лежит в пределах 1,5…4 %.

Дата добавления: 2014-01-07