Hő sugárzás
1. Hő-sugárzás
2. Az abszolút fekete test sugárzásának törvényei
3. Az optikai pirometria fogalma
1. Hő-sugárzás
A fűtött testek elektromágneses hullámokat bocsátanak ki. Ezt a sugárzást úgy hajtják végre, hogy a testrészecskék termikus mozgásának energiáját sugárzási energiává alakítják át.
A termodinamikai egyensúly állapotában lévő test elektromágneses sugárzását termikus (hőmérsékleti) sugárzásnak nevezik. Néha a termikus sugárzás nemcsak az egyensúly, hanem a testek nem-egyensúlyi sugárzása miatt is megérthető.
Az ilyen egyensúlyi sugárzás például akkor valósul meg, ha a sugárzó test egy zárt üregen belül, átlátszatlan falakkal, amelyek hőmérséklete megegyezik a testhőmérsékletével.
A hőszigetelt szervrendszer található ugyanazon a hőmérsékleten, hőcsere a testületek által emissziós és abszorpciós hősugárzás nem vezethet zavar a termodinamikai egyensúly a rendszer, mivel ez ellentétes lenne a termodinamika második törvénye.
Ezért a testek hõsugárzásához a Prevost szabálynak teljesülnie kell: ha két test ugyanabban a hõmér- sékletben különbözõ energiamennyiséget foglal el, akkor a hõsugárzásnak ezen a hõmérsékleten különböznie kell.
Emisszióképessége (emissziós) spektrális sűrűséggel vagy a kapacitás a test nevezik besugárzott érték En, hogy számszerűen egyenlő a felületi sűrűsége a hőteljesítmény, a test és a sugárzás frekvenciatartománya egység szélessége:
ahol dW a testegység felületegységre jutó hõsugárzás energiája egységnyi idõ alatt a v-rõl v + dr-ra.
Az En, m emissziója a test hősugárzásának spektrális jellemzője. A v frekvenciától, a test T abszolút hőmérsékletétől, valamint a felület anyagától, alakjától és állapotától függ. Az SI rendszerben az En, m értéket J / m2-ben mérjük.
Abszorbanciáját monokromatikus vagy szerv nevezett abszorpciós együttható értéke A n, t mutatja, amit frakciót dWpad szállított energia egységnyi idő egységnyi testfelület a beeső elektromágneses hullámok gyakoriságra térfogat: térfogat + dv, felszívódik a szervezetben:
Egy, m dimenzió nélküli mennyiség. A sugárzás és a testhőmérséklet gyakoriságán kívül az anyaga, alakja és felületi állapota is függ.
A testet teljesen feketenek nevezik, ha bármilyen hőmérsékleten teljesen elnyeli az összes elektromágneses hullámot: Egy, fekete = 1.
Valódi testek nem teljesen fekete, de néhány az optikai tulajdonságok közel vannak a fekete test (fekete, platina-fekete, fekete bársony a látható fény tartományban van A n, t, alig különböznek egységét)
A test szürke, ha annak abszorpciós képessége minden n frekvencián megegyezik, és csak a testfelület hőmérsékletétől, anyagától és állapotától függ
Az em, m sugárzás és az abszorbens An, valamint az átlátszatlan test hatalmai között van egy kapcsolat (Kirgoff törvény differenciált formában):
Egy tetszőleges frekvenciájú és hőmérséklet, az arány a emissziós a szervezet azon képességét, hogy az abszorpciós kapacitás ugyanaz minden szervek és az egyenlő emissziós en, vagyis a fekete test a frekvencia függvényében és a hőmérséklet (a funkció Kirchhoff En, m = A n, TEN, m = 0).
A szervezet integrált emissziója (energia fényereje):
a test termikus sugárzási teljesítményének felületi sűrűsége, azaz a testegység egységnyi felületén felszabaduló összes lehetséges frekvenciájú sugárzás energiája.
Az abszolút fekete test teljességi emissziója:
2. Az abszolút fekete test sugárzásának törvényei
A blackbody sugárzás törvényei megszabják az eT és en, T függését a frekvencián és a hőmérsékleten.
A Cmefan-Boltzmap joga:
érték # 963; - a Stefan-Boltzmann univerzális állandója, amely egyenlő 5,67 -10-8 W / m2 * deg4 értékkel.
Az abszolút fekete test emissziós spektrumában az energiaeloszlás, vagyis az en, T függése a különböző hőmérsékleteken a frekvencián az alábbi ábrán látható:
ahol c a vákuumban a fénysebesség, és af (v / T) az abszolút fekete test sugárzási frekvenciájának hõmérsékletéhez viszonyított univerzális függvénye.
Az nmax sugárzási frekvencia, amely az abszolút fekete test en, T maximális emissziós értékének felel meg, a bécsi törvény szerint
ahol b1 egy függvény az f (n / T) függvény formájától függ.
A Buena torzításának törvénye: az abszolút fekete test en, T sugárzásának maximális értékéhez tartozó frekvencia egyenesen arányos abszolút hőmérsékletével.
Az energetikai szempontból, fekete fénysugárzás egyenértékű rendszer nem végtelenül nagyszámú kölcsönhatásban harmonikus oszcillátor, az úgynevezett sugárzó oszcillátor. Ha a # 949; (# 957;) a természetes frekvenciájú sugárzási oszcillátor átlagos energiája # 957;
A szabadság fokozatában az energia egyenletes elosztásáról szóló klasszikus törvény szerint # 949; (# 957;) = kT, ahol k a Boltzmann konstans, és
Ezt a kapcsolatot Rayleigh-Jeans formulanak nevezik. Nagyfrekvenciákon vezet éles eltérés a tapasztalat, az úgynevezett „ultra-ibolya katasztrófa: en, T monoton növekvő gyakorisággal, nem a legnagyobb és a szerves emissziós feketetest végtelenné válik.
Ennek oka a fent említett nehézségek megtalálásában formájában funkció Kirchhoff en, T, kapcsolódó egyik alapvető elve a klasszikus fizika, amely szerint az energia bármely rendszer folyamatosan változtatható, azaz a. E. vehet bármilyen értéket tetszőlegesen közel.
Szerint a Planck kvantumelmélet sugárzás energiája az oszcillátor a természetes frekvencia v feltételezhetjük csak bizonyos diszkrét (kvantált) értékeket, amelyek eltérnek egy egész számú elemi részeinek --kvantum energia:
h = 6, 625-10-34 J * sec - a Planck konstans (a cselekvés kvantuma). Ennek megfelelően, a emissziós és abszorpciós energia sugárzó test részecskék (atomok, molekulák vagy ionok) cseréje energia sugárzás oszcillátorok kell történnie, nem folyamatosan, de diszkréten - külön részletekre (QUANTA).
3. Az optikai pirometria fogalma
Az optikai pirometria egy olyan módszer, amely a magas hőmérséklet mérésére szolgál a vizsgált test hőmérséklete és emissziója (integrális és spektrális) viszonya alapján. Az erre a célra használt eszközöket pirométerek sugárzásnak nevezik.
Sugárzásmérő pirométereknél a vizsgált fűtött test integrált sugárzását rögzítik, és optikai pirométerekben sugárzását a spektrum egy vagy két szűk tartományában detektálják.
Alkalmazása sugárzás pirométer a hőmérséklet mérésére a szilárd, folyékony vagy gáz halmazállapotú szervek csak akkor lehetséges, ha egy megfelelő pontossággal lehet kiindulni, hogy ezek a szervek egy termodinamikai egyensúlyban (vagy állapotok, amelyek elég közel vannak az egyensúlyi).
Egy adott test Tp sugárzási hőmérséklete egy ilyen fekete test hőmérséklete, amelynek teljes sugárzása egybeesik a vizsgált test sugárzásával. Igaz testhőmérséklet:
ahol aT = ET / eT a test feketesége a T. hőmérsékleten. Mivel aT £ 1, akkor T ³Tr.
A nem fekete test T színhőmérséklete egy olyan fekete testnek a T hőmérséklete, amely egy adott hőmérsékleten az energiaeloszlással a vizsgált test energiaeloszlásához legközelebb eső spektrumban van. Mérése csökkenti a vizsgált test sugárzó (El, T) és abszorbeáló (Al, T) képességeit a poli l1 és l2 két különböző hosszúságára. Ezután az egyszerűsített Planck-képletnek megfelelően
érvényes az lT számára< Szürke testek esetén: Al1T = Al2T és Te = T. A szürke (pl. Szelektív abszorpcióval és emisszióval) nagyon eltérő testek esetében a színhőmérséklet fogalmának nincs értelme. Body fényerő hőmérséklete Tg az a hőmérséklet a fekete test sugárzását spektrális sűrűség, amely a hullámhossz L0 (általában l0 = 660 nm) a spektrális sugársűrűsége a vizsgált test sűrűsége az azonos hullámhosszon, és abba az irányba merőlegesek felületére. A T sugárzó test energiaszintségének spektrális sűrűsége: 2. Yavorsky, B.M. Detlaf A.A. Fizika kézikönyve.-M. Science, 1978 - 944. o.
dBd ahol - a kisugárzott energia a testfelszín egység egységnyi idő alatt in hullámhossz tartományban l l + dl egységnyi térszögre egy előre meghatározott irányba. Lambert törvényének engedelmeskedő sugárzó test számára (651.
ahol El, T a test emisszivitása. Különösen egy teljesen fekete test számáraKapcsolódó cikkek