Яркостная температура тела и ее связь с истинной температурой

Яркостная температура

Яркостной температурой Т_я некоторого теланазывается температура абсолютно чёрного тела, при которой его спектральная плотность энергетической светимости r(λ,T) для какой либо определённой длины волны равна спектральной плотности энергетической светимости r_Т(λ,Т) данного тела для той же длины волны.

Так как для нечерного тела спектральная плотность энергетической светимости при определенной температуре будет всегда ниже чем у абсолютно черного тела, то истинная температура тела будет всегда выше яркостной.

В качестве яркостного пирометра широко используется пирометр с исчезающей нитью. Принцип определения температуры основан на визуальном сравнении яркости раскаленной нити лампы пирометра с яркостью изображения исследуемого объекта. Равенство яркостей, наблюдаемое через монохроматический светофильтр (обычно измерения проводят на длине волны λ=660 нм), определяется по исчезновению изображения нити пирометрической лампы на фоне изображения раскаленного объекта. Накал нити лампы пирометра регулируется реостатом, а температура нити определяется по градуировочному графику, или таблице. Если температура нити высока, то для ослабления потока излучения применяется также и нейтральный светофильтр.

Пусть мы в результате измерений получили равенство яркостей нити пирометра и исследуемого объекта и по графику определили температуру нити пирометра Т₁. Тогда, на основании формулы (3) можно записать:

где α₁(λ,T₁) и α₂(λ,T₂) коэффициенты монохроматического поглощения материала нити пирометра и исследуемого объекта соответственно;

T₁ и T₂ – температуры нити пирометра и объекта.

4. Определение постоянной Стефана-Больцмана с помощью оптического пирометра

Для реальных (не черных, в том числе и серых) тел на основании закона Стефана-Больцмана можно определить мощность излучения во всем интервале длин волн W:

где S – площадь поверхности нагретого тела;

α_Т –коэффициент черноты реального тела. Он равен отношению энергетической светимости данного реального тела к энергетической светимости абсолютно черного тела при той же температуре. Данный коэффициент представляет интегральный (по всем длинам волн) коэффициент поглощения реального тела. Для серого тела этот коэффициент представляет собой коэффициент монохроматического поглощения α_Т, не зависящий от длины волны (введен ранее в 2.2). В качестве тела-источника теплового излучения можно взять вольфрамовую спираль вакуумной лампы накаливания. Подводимая энергия электрического тока в такой лампе расходуется в основном на тепловое излучение. Доля рассеиваемой мощности лампы за счет теплопроводности составляет небольшую величину и ею можно пренебречь в общем балансе энергии.

где I_л, U_л — ток и напряжение питания лампы. Зная длину и диаметр нити накала, а также коэффициент черноты α_Т вольфрама в видимой области спектра, легко вычислить постоянную Стефана-Больцмана:

(23)

Источник

Яркостная температура

Яркостная температура тела равна такой температуре АЧТ, при которой спектральная плотность его энергетической яркости для определенной длины волны равна спектральной плотности энергетической яркости (для ) рассматриваемого тела. По формуле Вина-Планка можно определить реальную истинную температуру тела:

,

где — коэффициент черноты излучения тела. Истинная температура всегда больше яркостной температуры , так как значения лежат в пределах от 0 до 1.

Если тело находится в условиях АЧТ, то измеряется его истинная температура. Во всех остальных случаях определяют яркостную, или кажущуюся температуру. Весьма близко к условиям АЧТ находится жидкий металл в тигле индукционной печи или в печи сопротивления. Если глубина цилиндра в 6 раз больше его диаметра, то цилиндр является АЧТ даже в случае, когда стенки тигля гладкие изнутри и состоят из вещества с низкой лучеиспускательной способностью. Если стенки тигля шероховатые, а материал его имеет лучеиспускательную способность, близкую к единице, то глубина тигля может быть только в 2 раза больше его диаметра. Если стенки цилиндра нагреты до той же температуры, что и объект, то такая система будет весьма близка к АЧТ. Если же стенки нагреты до более высокой температуры, чем тело, то оно отражает в объектив пирометра излучение и от стенок, т.е. будет казаться более горячим.

Дата добавления: 2014-11-18 ; Просмотров: 388 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Оптическая пирометрия. Радиационная, цветовая и яркостная температуры.

Законы теплового излучения используются для измерения температуры раскаленных тел. Измерения температуры сильно нагретых тел (Т > 2000 К) контактными термометрами недостоверны и трудно реализуемы. Методы измерения высоких температур, использующие зависимость спектральной плотности или интегральной энергетической светимости тел от температуры, называются оптической пирометрией, а приборы для измерения температуры, основанные на этих методах, называются пирометрами. В зависимости от того, какой закон теплового излучения абсолютно черного тела используется при измерении температуры нагретых тел, различают радиационную, цветовую и яркостную температуры.

Радиационная температура Т_р – это такая температура абсолютно черного тела, при которой его энергетическая светимость равна энергетической светимости исследуемого тела. Поскольку все реальные тела, температура которых измеряется, являются серыми и для них поглощательная способность А_Т 4 √А_ТТ.

Цветовую температуру определяют на основании закона Вина, используя то свойство, что распределение энергии в спектре излучения серого тела такое же, как и в спектре абсолютно черного тела, имеющего ту же температуру. В этом случае излучающее серое тело имеет такой же цвет, как черное тело температуры Т_ц. Цветовая температура определяется по формуле Т_ц = b/λ_max и совпадает с истинной температурой тела. Для тел, характер излучения которых сильно отличается от излучения абсолютно черного тела (например, обладающих явно выраженными областями селективного поглощения), понятиае цветовой температуры не имеет смысла. Таким способом определяется температура на поверхности Солнца и звезд. Сравнение спектра излучения Солнца и абсолютно черного тела показывает, что их отождествлять можно только довольно приблизительно. При таком приближении получили цветовую температуру Солнца примерно 6500 К.

Яркостная температура Т_я – это температура абсолютно черного тела, при которой для определенной длины волны его спектральная плотность энергетической светимости равна спектральной плотности энергетической светимости исследуемого тела. Определение яркостной температуры основано на применении закона Кирхгофа для излучения исследуемого тела. В качестве яркостного пирометра обычно используется пирометр с исчезающей нитью, принцип работы которого основывается на сравнении излучения нагретого тела в определенном спектральном интервале с длиной волны λ с излучением абсолютно черного тела с той же длиной волны. Накал нити пирометра подбирается таким образом, что ее изображение становится неразличимым на фоне поверхности нагретого тела, т.е. нить как бы «исчезает». В этом случае яркости излучения нити и нагретого тела для данной λ совпадают и, следовательно, совпадают их излучательные способности. Используя предварительно проградуированный по абсолютно черному телу миллиамперметр, измеряющий ток нити пирометра, можно определить яркостную температуру. Если исследуемый источник излучения также является черным телом, то найденная температура является его истинной температурой. В противном случае при известных А_λ,Т и λ можно определить истинную температуру исследуемого нагретого тела

T=

Кроме пирометров с исчезающей нитью, существуют и другие пирометры для определения яркостной температуры, а через нее и истинной температуры нагретых тел.

31. Постулаты специальной теории относительности. Преобразования Лоренца.

В основе специальной теории относительности лежат постулаты Эйнштейна, сформулированные им в 1905 году.

1. Принцип относительности: никакие опыты (механические, электрические, оптические и т.), проведенные внутри инерциальной системы отсчета, не дают возможности обнаружить, покоится ли эта система или движется равномерно и прямолинейно; все законы природы инвариантны по отношению к переходу от одной инерциальной системы отсчета к другой.

2. Принцип инвариантности скорости света: скорость света в вакууме не зависит от скорости движения источника света или наблюдателя и одинакова во всех инерциальных системах отсчета.

Первый принцип Эйнштейна является обобщением механического принципа на любые физические процессы, утверждает, что физические законы инвариантны по отношению к выбору инерциальной системы отсчета, т.е. протекают одинаково, а уравнения, описывающие эти законы, одинаковы по форме во всех инерциальных системах отсчета.Согласно второму постулату Эйнштейна, постоянство скорости света – фундаментальное свойство природы, которое констатируется как опытный факт.Специальная теория относительности потребовала отказа от привычных представлений о пространстве и времени, принятых в классической механике, поскольку они противоречили принципу постоянства скорости света. Потеряло смысл не только абсолютное пространство, но и абсолютное время.

Постулаты Эйнштейна и теория, построенная на их основе, установили новый взгляд на мир и новые пространственно- временные представления, такие, например, как относительность длин и промежутков времени, относительность одновременности событий. Эти и другие следствия из теории Эйнштейна находят надежное экспериментальное подтверждение.

Преобразования Лоренца.В классической механике используются преобразования Галилея, описывающие переход от одной инерциальной системы отсчета к другой (формулы записаны для случая, когда система К’движется относительно К со скоростью v вдоль оси ОХ):

К → К’ К’ → К

x’ = x – vt x = x’ + vt

y’ = y y = y’ (1) z’ = z z = z’

В 1904 г., еще до появления теории относительности, Лоренцем были предложены преобразования, относительно которых уравнения Максвелла инвариантны. Преобразования Лоренца имеют вид

К → К’ К’ → К

x’ = (x – vt)/√1 – β 2 x = (x’ + vt’)/√ 1 – β 2

Эйнштейн показал, что в теории относительности классические преобразования Галилея заменяются преобразованиями Лоренца, удовлетворяющими постулатам Эйнштейна.

Из сравнения приведенных уравнений вытекает, что они симметричны и отличаются лишь знаком при v, что очевидно. Из преобразований Лоренца вытекает также, что 1) при малых скоростях, т.е. при β С выражения (2) для х, t, x’, t’ теряют физический смысл (становятся мнимыми). Это находится в соответствии с тем, что движение со скоростью, большей скорости распространения света в вакууме, невозможно.

Из преобразований Лоренца следует очень важный вывод о том, что 1)как расстояние, так и промежуток времени между двумя событиями меняются при переходе от одной инерциальной системы к другой, в то время как в рамках преобразований Галилея эти величины считаются абсолютными, не изменяющимися при переходе от системы к системе. Кроме того, 2) как пространственные, так и временные преобразования (2) не являются независимыми, поскольку в закон преобразования координат входит время, а в закон преобразования времени – пространственные координаты, т.е. устанавливается взаимосвязь пространства и времени. Таким образом, теория Эйнштейна оперирует не с трехмерным пространством, к которому присоединяется понятие времени, а рассматривает неразрывно связанные пространственные и временные координаты, образующие четырехмерное пространство-время.

32. Следствия из преобразований Лоренца: одновременность событий в разных системах отсчета; длительность событий в разных системах отсчета; длина тел в разных системах отсчета.

1.Одновременность событий в разных системах отсчета. Пусть в системе К в точках с координатами х₁ и х₂ в моменты времени t₁ и t₂ происходят два события. В системе К’им соответствуюткоординаты х₁‘ и х’₂ и моменты времени t’₁ и t’₂. Если события в системе К происходят в одной точке (х₁ = х₂) и являются одновременными(t₁ = t₂), то согласно преобразованиям Лоренца (2),

т.е. эти события являются одновременными и пространственно совпадающими для любой инерциальной системы отсчета.

Если события в системе К пространственно разобщены (х₁ ≠ х₂),но одновременны(t₁ = t₂),то в системе К’,согласно преобразованиям Лоренца

Таким образом, в системе К’ эти события, оставаясь пространственно разобщенными, оказываются и неодновременными. В одних системах отсчета первое событие может предшествовать второму, в то время как в других системах отсчета, наоборот, второе событие предшествует первому.

Источник