Оптичната пирометрия е набор от методи за измерване на температурата на телата въз основа
Топлинно излъчване от тела. Абсолютно черно тяло. Енергийна светимост. Спектроскопична плътност на светимостта. Монохроматичен коефициент на абсорбция. Закон на Стефан - Болцман. Законът на Кирххоф. Законът за преместване във Виена.
Термичното излъчване на телата се нарича електромагнитно излъчване, произтичащо от онази част от вътрешната енергия на тялото, която е свързана с топлинното движение на неговите частици.
Основните характеристики на топлинното излъчване на тела, нагрети до температура т са:
един. Лъчиста спектрална плътност r (l, T) - количеството енергия, излъчвано от единица телесна повърхност за единица време в единичен интервал с дължина на вълната (близо до разглежданата дължина на вълната l). Тази стойност зависи от телесната температура, дължината на вълната, както и от естеството и състоянието на повърхността на излъчващото тяло. SI r (l, T) има размери [W/m 3].
2. Енергийна светимост R(т) - количеството енергия, излъчено за единица време от единица телесна повърхност в целия диапазон на дължината на вълната. Зависи от температурата, естеството и състоянието на повърхността на излъчващото тяло.
Енергийна светимостR (T) е свързано със спектралната плътност на светимостта r (l, T) по следния начин:
(един)
Размер на лъчистата светимост в системата SI - [W/m 2]
3. Кмонохроматичен коефициент на абсорбция - съотношението на величината на енергията на монохроматичната вълна, погълната от повърхността на тялото, към величината на енергията на падащата монохроматична вълна:
(2)
Коефициентът на монохроматично поглъщане е безразмерно количество, което зависи от температурата и дължината на вълната. Той показва каква част от енергията на падащата монохроматична вълна се абсорбира от повърхността на тялото. Количеството a(l, T) може да приеме стойности от 0 (ако тялото напълно отразява радиацията) до 1 (ако абсорбира напълно, т.е. за абсолютно черно тяло). Напълно черно тяло се нарича тяло, което поглъща цялата радиация, падаща върху него, независимо от посоката на падащото лъчение, неговия спектрален състав и поляризация (без да отразява или предава нищо).
Един от моделите абсолютно черно тяло ще има затворена кухина с малка дупка. Цялата енергия, излъчвана от вътрешната повърхност на кухината, ще бъде погълната от нея. Малка дупка в стената на кухината няма да повлияе на ситуацията. Ако лъч е насочен в такава дупка, след многократни отражения и поглъщане по стените на кухината, той няма да може да се върне навън. Това означава, че за такава дупка коефициентът на поглъщане a(l, T) = 1.
Ако коефициентът на монохроматично поглъщане на тялото е еднакъв за всички дължини на вълните и по-малък от един (а (l, T) = aТ = const 4; (3)
където константата σ = 5,67 10 -8 W/(m 2 K 4) е константата на Стефан-Болцман.
Законът за преместване във Виена: Дължината на вълната, съответстваща на максималната стойност на спектралната плътност на лъчистата светимост на абсолютно черно тяло (lmax), е обратно пропорционална на неговата температура.
, (4)
Където б= 2.8978 10 -3 m K - константа на Wien.
За не-черни тела е справедливо Законът на Кирххоф:
за всички тела на системата в термодинамично равновесие съотношението на спектралната плътност на енергийната светимост към коефициента на едноцветно поглъщане не зависи от естеството на тялото; това е еднаква функция за всички тела, в зависимост от дължината на вълната l и температура T.
. (пет)
От формула (5) става ясно, че при дадена температура онези сиви тела, които имат висок коефициент на поглъщане, излъчват по-силно и че черните тела излъчват най-силно. Тъй като за абсолютно черно тяло a (l, T) = 1, тогава от формула (5) следва, че универсалната функция е(l, T) е спектралната плътност на лъчистата светимост на абсолютно черно тяло.
33. Формула на Планк. Извеждане на закона на Стефан - Болцман и закона за изместване на Виена от формулата на Планк.
Изразът за спектралната плътност на лъчистата светимост на абсолютно черно тяло е получен за първи път от немския физик М. Планк. Според квантовата хипотеза на Планк, излъчването на енергия от електромагнитни вълни чрез вибриращи атоми на материята (които са квантови осцилатори, т.е. притежаващи дискретни енергийни нива) може да се случи само на отделни „части“ - кванти. В този случай енергията на квант светлина е пропорционална на неговата честота n: