Реферат: Тепловые методы НК

ПриT >7,8*10 мкм*K погрешность расчётов по этой формуле не более 1%.

На графиках спектральной плотности излучения АЧТ (рис. 3) можно видеть, что увеличение температуры приводит не только к увеличению спектральной плотности излучения r, но и сопровождается изменением спектрального состава излучения. Смещение максимума спектральной плотности в область более коротких длин волн происходит согласно закону смещения Вина:

maxT = 2898 мкм*K,

где max - длина волны, на которой наблюдается максимум излучения.

Интегрируя формулу Планка в пределах от=0 до =, получим выражение для суммарной по спектру плотности излучения АЧТ (закон Стефана-Больцмана):

R(T) = T 4Вт/м ,

где =5,67*10 Вт/м*K - постоянная Стефана-Больцмана.

Рис. 3. Спектры излучения АЧТ

АЧТ - научная абстракция, в природе такое тело не существует. Для реальных же тел описанные выше законы излучения не применимы, так как распределения плотностей излучения по спектру у реальных тел и у АЧТ различны. Особенно это характерно для газов, которые излучают в сравнительно узких полосах спектра. Однако у большинства твёрдых тел с шероховатыми поверхностями, особенно у диэлектриков и окислов металлов, полупроводников, распределение энергии по спектру имеет такой же характер, как и у АЧТ. Такие тела называют серыми. Они характеризуются тем, что отношение спектральных плотностей излучения этих тел к спектральной плотности излучения АЧТ при той же температуре, называемое коэффициентом излучения (или излучательной способностью), не зависит от длины волны.

Строго говоря, серых тел в природе не существует. Так, например, у многих металлов коэффициент излучения значительно уменьшается при увеличении длины волны, а у диэлектриков, наоборот, увеличивается. Но в ограниченных спектральных диапазонах многие тела с достаточной точностью можно считать серыми.

Введение понятия «серого тела» расширяет возможности практического использования закона Стефана-Больцмана, который для серого излучателя принимает вид

R(T) = 0T 4 , .

Коэффициент излучения является безразмерным и характеризует долю суммарного по спектру излучения данного материала по отношению к излучению АЧТ при той же температуре. Если рассматривают не суммарное излучение, а излучение в узкой области спектра, то коэффициент излучения называют спектральным и обозначают. Закон излучения Планка с учётом спектрального коэффициента излучения запишется в виде:

.

Для АЧТ=0=1; для серого тела=0<1.

Одним из основных законов теплового излучения является закон Киргоффа

= ,

где -коэффициент поглощения излучения.

Из этого закона следует, что любое тело излучает в тех участках спектра, где оно интенсивно поглощает.

Все реальные физические тела характеризуются также коэффициентом отраженияи коэффициентом пропускания. В общем случае для тела, частично пропускающего и отражающего излучение,

+ + = 1 .

В задачах теплового НК для непрозрачных тел (=0) можно считать, что

==1- .

Последнее соотношение часто используется в оптической пирометрии для определения поправки к измеряемой температуре или компенсации влияния коэффициента излучения  на измеряемую температуру.

В пирометрии обычно пользуются тремя условными температурами, отличающимися между собой и от истинной температуры тела на величину поправки, зависящую от излучательной способности этого тела.

Радиационная температура (или температура полного излучения) измеряется радиационным пирометром, у которого преобразователь излучения в электрический сигнал чувствителен в широком диапазоне спектра. Сигнал на выходе этого преобразователя описывается законом Стефана-Больцмана. При этом, радиационной температурой считается такая температура реального объекта, которая равна радиационной температуре АЧТ, обладающего такой же плотностью излучения, как и реальный объект.