Ландсберг Г.С. - Оптика (1070727), страница 157
Текст из файла (страница 157)
Если бы источник был также черным телом, то найденная температура ЯА была бы его 1лстинной температурой. В противном случае найденная температура характеризует температуру Я1 черного тела, имеющего для Л = 660,0 нм ту же яркость, что и излучаемое тело при условиях наблюдения, Поэтому Ял носит название яркосчиной температуры источника. Если известно отношение Явбо яркости излучаемого тела для Л = = 660 нм к яркости черного тела при той же температуре, то мы можем по яркостной температуре найти и истинную температуру. Отношение Я66о определено для многих технически важных материалов; оно несколько зависит от Т; некоторые из этих значений собраны в табл. 37.2.
Таблица 372 Значения Дало для ряда веществ Так как яркость нечерного тела может зависеть от направления, то значения Ящо приведены для направления, нормального к излу- Гл. хххмп. НРименениЯ 3АкОнОВ теплОВОГО излУчениЯ 643 чающей поверхности. Так же должна делаться и наводка пирометра. Связь между яркостпой и истинной температурами дается при помо- щи соотношения (см. упражнение 238) )ПЮА,т = — ' ~ — — — ), с2 /1 1 с (202.1) А ~Т З,)' где постоянная с2 —— Ьс/й = 1,4387 см град. Кроме пирометров с исчезающей нитью, существует ряд других приборов для определения яркостной температуры, а через ее посред- ство — и истинной температуры раскаленных тел.
Таким образом, в зависимости от метода наблюдения мы опре- деляем оптически одну из трех условных температур: радиационную (Т,.), цветовую (Т,) или яркостную 5х. Переход к истинной температу- ре возможен лишь при знании некоторых дополнительных параметров излучающего тела. Т,, и ЯА всегда меньше истинной температуры, Т, обычно несколько больше истиннои и., как правило, меньше отличает- ся от пее, чем Т,. и Ял. я 203.
Источники света Из изложенного в предыдущих параграфах ясно, что использование раскаленного тела в качестве источника света тем более выгодно, чем выше температура этого тела. Действительно, с повышением температуры не только быстро увеличивается общая излучаемая мощность, но растет также относительная доля лучистой энергии, приходящейся на видимую часть спектра. По закону Стефана — Больцмана суммарная интенсивность возрастает для черного тела пропорционально четвертой степени температуры. Но интенсивность более коротковолновых участков спектра растет гораздо быстрее, особенно при не очень высоких температурах. Так, вблизи температуры красного каления общая энергия видимого спектра платины растет пропорционально тридцатой степени температуры и даже вблизи белого каления — все еше пропорционально четырнадцатой степени температуры.
Интенсивность жвлтыт лучей возрастает вдвое, когда температура черного тела изменяется от 1800 до 1875 К, т.е. всего на 1 7ъ. Если бы излучателем служило черное тело, то, пользуясь формулой Планка, мы могли бы рассчитать для каждой температуры эту часть полезной для освещения энергии и вычислить световую отдачу нашего светового источника. Если принять во внимание, что максимум чувствительности человеческого глаза лежит около 550 нм в желто-зеленой части спектра, то черное тело окажется наивыгоднейшим источником при температуре около 5200 К.
Принято называть условно «белым светом» (в светотехнике) излучение черного тела при этой температуре. Солнечное излучение вблизи поверхности Земли, т.е. несколько измененное вследствие поглощения в земной атмосфере„имеет цветовую температуру, близкую к этому числу, что и послужило основанием для такого условного обозначения. При дальнейшем повышении температуры черного тела излучение, приходящееся на полезную для освещения часть спектра, конечно, растет, но доля его в общей излучаемой энергии падает, так что ТЕИЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ дальнейп1ее повышение температуры неэкономно с точки зрения светотехники, Излучение нечерных тел, например раскаленных металлов, всегда меньше излучения черных тел.
Но сввшовая отдача, т.е. отношение между энергией, полезной для освещения, и ее невидимой частью, для накаленного металла при данной температуре Т может. быть выше, чем для черного тела при той же температуре, как видно из кривых, приведенных на рис. 36.7. Эти кривые дают распределение энергии по спектру для вольфрама и черного тела с одной и той же температурой, там же приведено отношение ординат обеих кривых (штриховая линия), которое показывает отношение излучательной способности вольфрама для разных длин волн к излучательной способности черного тела.
Из штриховой кривой видно, что в области видимого света испускание вольфрама составляет около 40 % испускания черного тела той же температуры, а в области инфракрасных лучей (около 3 мкм) всего лишь 20 %. Та; кая «селективность» излучения выгодно отличает вольфрам и в связи с высокой температурой плавления вольфрама делает его наилучшим материалом для изготовления нитей ламп накаливания.
Из того же рис. 36.7 видно, что хотя вследствие селективности максимум излучения вольфрама смещен несколько в область коротких волн по сравнению с максимумом для черного тела, однако при температуре 2450 К, для которой составлен график, максимум этот лежит еще около 1100 нм, т.е. очень далек от максимума чувствительности глаза (5о0,0 нм). Поэтому дальнейшее повышение температуры могло бы значительно повысить световую отдачу накаленного вольфрама.
Указанная температура соответствует нормальной температуре пустотной лампы накаливания с вольфрамовой нитью (па 50--60 Вт). Температура плавления вольфрама лежит выше (3655 К); однако дальнейший накал опасен, ибо нагретая нить испаряется (распыляется в пустоте настолько быстро, что повышение температуры нити сверх 2500 К быстро ведет к ее разрушению).
Большим шагом вперед в деле улучшения осветительной техники явилось предложение Лэнгмюра (1913 г.) наполнять баллоны ламп нейтральным газом, например азотом или, еще лучше, аргоном; давление газа достигает примерно 1~2 ат. и присутствие его сильно замедляет распыление волоска, что позволяет увели нить температуру нити до 3000 К и болыпе без заметного сокращения срока службы лампы (около 1000 час). При этом сильно повышается световая отдача. Однако общий коэффициент полезного действия лампы равен отношению энергии полезной части спектра к общей энергии, питающей лампу, т.е.
приходится учитывать не только потери на невидимое излучение, но также на теплопроводность и конвекцию. Последние виды потерь сильно увеличиваются при заполнении колбы лампы газом, так что газонаполненные лампы в смысле увеличения КПД не имели бы преимущества перед пустотными, хотя свет их был бы приятен для глаз,ибо он ближе подходит к составу дневного («белого~) света. Уменьшения потерь на охлаждение можно достигнуть, заменив прямой волосок тонкой спиральной нитью, отдельные витки которой Гл.
хххмп, НРименениЯ 3АкОнОВ теплОВОГО излУчениЯ 645 обогревают друг друга. Именно так и осуществляются современные экономические лампы накаливашля, КПД которых значительно выше, чем у пустотных ламп. Таблица 37.3 дает представление о световой отдаче ламп накаливания разного типа при нормальном режиме горения. За меру световой отдачи принимают отношение полного светового потока, посылаемого лампой (в л1оменах), к полной мощности, затра 1иваемой на питание лампы (в ваттах). Срок службы ламп — 1000 час.
Таблица 373 Данные о световой отдаче ламп разного типа Из таблицы видно, что световая отдача возрастает с увеличенллем температуры волоска (цветовой и истинной, с ней связанной). Это повышение температуры достигается изменением типа лампы (газонаполнение), материала волоска и размеров лампы, ибо с ростом мощности лампы потери на охлаждение относительно сокраша1отся.
Вместе с температурой растет, конечно, и яркость волоска лампы. Значительно больше световая отдача электрических дуг, положительный кратер которых имеет температуру около 4000 К. В дугах интенсивного горения (сила тока до 300 А) температура кратера достигает 5000 К, а в дугах под давлением около 20 ат Люммеру удалось довести температуру кратера до 5900 К, т.е. получить источник, близкий по своим световым свойствам к Солнцу.
В обычных дугах главная часть излучения (от 85 до 95%) излучается положительным кратером, около 10% — катодом и лишь 5% приходится на свечение облака газов между электродами, В дугах интенсивного горения, в которые вводятся тугоплавкие соли некоторых элементов с большой испускательной способностью (редкие землтл), роль облака повышается и на долю кратера приход1лтся всего 40 — 50% общего излучения. Хотя, по-видимому, в таких дугах излучение носит почти исключительно тепловой характер„ все же в силу большой селективности излучения элементов, вводимых в состав облака, световая отдача подобных источников оказывается выпле, чем для раскаленного угля и металлов. Еще большей селективностыо излучения отличаются, например, пары натрия, значительная часть излучения которого (около 1/3) ТЕ11ЛОВОЕ 11ЗЛУЧЕНИЕ сконцентрирована в видимой области (две интенсивные желтые линии 589,0 и 589,6 нм).
В соответствии с этим световая отдача излучения натрия может достигать 200 лм/Вт в лампах соответствующего устройства. Вообще свечение газов в силу их селективности отличается наибольшей экономичностью, но эта селективность является в то же время практическим недостатком, ибо благодаря ей спектр газовых источников состоит из отдельных линий или полос и сильно отличается от привычного для человеческого глаза белого света. В тех случаях, когда этот недостаток играет второстепенную роль, газосветные источники могут с успехом заменять менее экономичные лампы накаливания и электрические дуги. Так, для освещения дорог применя1отся иногда натриевые лампы, которые даже в эксплуатационных условиях с потерями на вспомогательных устройствах дают световую отдачу около 50 лм~'Вт.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
