Ландсберг Г.С. - Оптика (1070727), страница 156
Текст из файла (страница 156)
Именно таким путем и было получено первое числовое значение постоянной Планка. Впоследствии бы.л указан целый ряд путей определения 6, покоящихся на. совершенно иных физических явлениях (ср. гл. ХХХ11), Все они приводят к одинаковым значениям. Изложенный путь вывода формулы Планка был исторически первым. Впоследствии задача неоднократно решалась разными способами как самим Планком, так и другими исследователями. При этом основные предположения были сформулированы не в таком резком противоречии с классическими законами, как это было сделано вьппе, хотя, конечно, принципиально новое допущение о квантовом характере процессов сохранялось.
Простой и поучительный вывод формулы Планка, покоящийся на представлении о погло1цении и испускании энергии атомом типа атома Бора, был дан Эйнштейном (см. З 211). Глава ХХХУП ПРИМЕНЕНИЯ ЗАКОНОВ ТЕПЛОВОГО ИЗЛ'У'1ЕНИЯ 8 202. Оптическая пирометрия Основываясь на законах температурного излучения, мы можем определять температуру раскаленных тел. Если испускающее тело является черным (или достаточно к нему приближается), то для определения его температуры можно воспользоваться законами черного излучения, По существу дела для сильно нагретых тел (вьппе 2000'С) измерения температуры при помощи термоэлементов, болометров и т.п. не особенно достоверны.
Таким образом, в этой области температур и выше единственным надежным способом измерения температуры являются способы, основанные на. законах черного излучения. Эти способы проверены не только сопоставлением с данными других термометрических методов в той области, где последние надежны, но и путем изучения относительного распределения энергии по спектру, что позволяет найти температуру излучателя путем сопоставления экспериментальных данных с теоретическими формулами. а. Радиационные пирометры и радиационная т е м п е р а т у р а. Считая постоянные законов Больцмана (О.) и Вина (6) надежно установленными.
мы можем, пользуясь ими. измерять и более высокие температуры, чем те, для которых они были непосредственно измерены (экстраполяция к более высоким температурам). При использовании закона Больцмана надо со всеми предосторожностями измерить суммарное излучение, посылаемое к приемному аппарату, учитывая величину телесного угла действующего излучения, потери на отражение и поглощение в приборе и т.д.
В настоящее время существуют и сравнительно простые переносные приборы, позволяющие выполнять подобные измерения с достаточной точностью. Устройство этих так называемых радиациоииыт пирометров (рис. 37.1) сводится к возможности проецировать изображение ис- Гл. хххУП, ИРименениЯ 3АкОнОВ теплОВОГО излУчениЯ 639 точника на приемник аппарата так, чтобы приемник 8 всегда был полностью покрыт изображением источника и излучение входило в прибор под постоянным телесным углом, определяемым размерами прибора.
При измерениях наводят прибор на более или менее отдаленный источник >' достаточного размера при помощи объектива Ь, позволяющего получить резкое изображение источника на приемнике. Резкость изображения контролируется при помощи окуляра, не показанного на Рис. 37.1. Схема радиационного пирометра для измерения радиационной температу.ры чертеже. При таких условиях энергия, получаемая пирометром, будет пропорциональна яркости источника независимо от расстояния между ними, подобно тому как это имеет место при рассматривании глазом удаленных светящихся источников (см. упражнение 234).
Таким образом, показания пирометра будут зависеть от яркости, а следовательно, и от температуры наблюдаемого черного тела. Проградуировав предварительно пирометр по черному телу с известной температурой, можно использовать его показания для измерения исследуемой температуры. В качестве приемника в радиационных пирометрах чаще всего применяют термопару или болометр, но существуют также пирометры с биметаллической спиралью, изгибающейся при нагревании, с газовым термометром и т.д.
Если исследуется не черное тело, то показания радиационного пирометра дают не истинную температуру его, а так называемую радиационную температуру Т„под которой понимают температуру такого черного тела, суммарная радиация которого равна радиации изучаемого тела. Между истинной температурой тела Т и его радиационной температурой Т„нетрудно установить связь, если известно отношение суммарной испускательной способности измеряемого тела к испускательной способности черного тела при той же температуре, т.е. отношение ЯГ = ЕГ/гт.
По самому определению величина Ду меньше единицы. Она обычно несколько увеличивается с повышением температуры. Значения Ят хорошо известны для многих технически важных материалов. Для металлов они невелики (от 0,1 до 0,3), для окислов металлов и для угля Ят значительны (доходя до 0,9).
Некоторые из зтих значений приведены в табл. 37.1. Зная ЯГ и радиационную температуру. нагретого материала, мы можем найти его истинную температуру при помощи очевидного соотношения Т = Т,(;Ят (см. упражнение 235). Так как Ят всегда меныпе единицы, то радиационная температура тела всегда меньше его истинной температуры. 640 ТЕ11ЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ Таблица 371 Значения Ят для ряда веществ б.Цветовая температура и распределение э н е р г и и в с п е к т р е и з л у ч а ю щ е г о т е л а. Если найдено распределение энергии в спектре черного тела, то известно ПОЛОЖЕНИЕ МаКСИМуМа На КрИВОй ЭНЕРГИИ ЕЛ т И тЕМПЕратуру МОЖНО определить на основании закона смещения Вина при помощи соотношен11я Л,„,„,Т = Ь.
Так, для Солнца с учетом поправок на поглощение в земной атмосфере найдено Л„„„= 470 нм, что соответствует температуре 6150 К, если считать Солнце черным телом. Полученные вели плны имеют характер средних, ибо для центра солнечного диска получается Л„„ несколько меныиее„чем для краев. Если излучающее тело не является черным, применение формулы Вина не имеет смысла. Иногда, однако, распределение энергии в спектре таких тел можно практически отождествить с распределением энергии некоторого черного тела температуры Т,. В этом случае излучающее тело имеет такой же цвет, как черное тело температуры Т,. Нередко называют определенную таким образом Т, цветовой температурой тела.
Отсюда ясно, что для тел, характер излучения которых сильно отличается от излучения черного тела (например, для тела с ясно выраженными областями селективного излучения), понятие цветовой температуры не имеет смысла, ибо цвет таких тел мол но только очень грубо воспроизвести при помощи черного тела. В тех случаях, когда определение цветовой температуры возможно (так называемые «серые тела», например, уголь, окислы, некоторые металлы), для ее отыскания необходимо произвести исследование распределения энергии в спектре при помощи соответствующих спектральных приборов.
Рисунок 37.2 воспроизводит результаты такого исследования для Солнца; одновременно на нем нанесены кривые распределения для черного тела при температурах 6000 и 6500 К. Рисунок показывает, что отождествление Солнца с черным телом может быть сделано только довольно приблизительно. С этим приближением в качестве оценки цветовой температуры Солнца получаем примерно 6500 К. Гл. хххУП, НРимепениЯ 3АкОнОВ теплОВОГО излУчениЯ 641 Для нахождения истинной температуры по цветовой температуре нечерного тела надо знать монохроматическую испускательную способность его для разных длин волн, т.е.
отношение испускательной способности изучаемого тела и черного тела для данной длины волны 60 Л и температуры Т. Обычно ограничиваются установлением ее для двух длин волн: Л = 660 нм и Л = / = 470 нм и пользуются упрощен- 40 / ным методом сравнения найденных отношений в обеих указанных областях спектра (см. упражнение 237). в.
Яркости ая темпера- 20 тура и пирометр с исчезающей нитью. Наиболее распространенный способ оптического определения температуры основывается на сравнении из- 0 250 500 750 1000 /, нм лучения нагретого тела в одном определенном спектральном участ- Рис.
37.2. Распределение энергии ке Л с излучением черного тела в спектре Со;пща н в спектрах черс той же длиной волны. Сравне- ного тела прн температурах 6000 н ние это с наибольшим удобством 6500 К осуществляется при помощи пирометра с исчезающей нитью, устроенного следующим образом. В фокусе объектива О (рис. 37.3) помещается электрическая лампа Ь с баллоном из хорошего стекла (лучше всего в виде бочонка с л, л', ! Рис. 37.3. Схема пирометра с исчезающей нитью для определения яркостной температуры. Слева показано устройство лампы т плоскими донышками) и с нитью, изогнутой в форме полукруга. Окуляр Ок позволяет наблюдать одновременно среднюю часть нити и изображение поверхности исследуемого источника, проецируемого при помощи О и зеркал Ы в плоскость нити.
Красные стекла г Г, помещенные между окуляром и глазом, пропускают более или менее монохроматическую часть света, испускаемого источником и 642 те11лОВОе излучение нитью. Обычно пропускаемая область соответствует Л = 660,0 нм. Лампа питается током от батареи В, регулируемым реостатом В; ток отсчитывается по прецизионному амперметру А. При измерении температуры регулируют ток в нити до тех пор, пока последняя не исчезает на фоне изображения, Пртл этой силе тока Х яркости излучения нити и источника для Л = 660,0 нм совпадают и, следовательно, для данного Л совпадают и их испускательные способност1л. Если предварительной градуировкой при помощи наблюдения черного тела различной температуры установлено, каким температурам черного тела соответствует исчезновение нити при разных силах тока 1, то по показаниям амперметра мы получаем возможность судить, какой температуре черного тела Ял соответствует излучение наблюдаемого источника.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
