Я.Б. Зельдович, Ю.П. Райзер - Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений (1161617), страница 76
Текст из файла (страница 76)
Сила осцилляторов для системы полос Шумана — Рунге была определена путем исследования интенсивности излучения в чистом кислороде при сравнительно низких температурах 3000 — 4000'К, получающихся в прямой волне. При таких температурах степень ионизации очень мала, отрицательных ионов кислорода мало и практически все поглощение связано с молекулярными переходами.
Из этих данных по формулам (5.113), (5.114) с использованием расчетных коэффициентов 1уь была выведена сила осциллятора )ш р = 0,028 4- 0,008. В интервале длин волн от 3300 до 4700 А она оказалась не зависящей от Л, Т, О. Данные по силам осцилляторов ~10 и Хг были получены путем обработки спектров излучения в воздухе при разных температурах и плотностях. Эти величины извлекались последовательно при изучении тех участков спектра, температур и плотностей, при которых еще неизвестные механизмы играют небольшую роль, за исключением одного; поглощение за счет уже известных механизмов из измереппых величин исключалось.
Таким образом, были найдены силы осцилляторов для всех важных систем *); они собраны в табл. 5.8. И а$ сн .оа О С о а а а О о НП а а ср а ОЫ ~С ОП С, »" а '„ос ОО а ос а н Ы аа н с ОВ «, и ИД а !) '"' »'а а ас» а Ы" Ео а О, а 2В ~Ф ф а» ьь ср'ь ч ьь «а а ос у Ва с аа». ан ааа а В й В 3 О а н . Оа а д на ас о о ос с а а с "а сВ а а * а О -:С "а В с а ~ад 3 а -Еа а сф с» а » « аао йЫВ ' а , ьн шо н а а » л а В л о а а а О» О» а» о а а »' ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПАГРЕТОГО ВОЗДУХА с» с» с» с.
с» с» с» юи ннш рн«ншо/шр 'лшиннрнинии нинашшилииррр с» с» с» с» с» с» са с» ц ~~ с;» а» ь» «и рнррншэ ршн/шу 'с! с Й а ргг шш а д О -:а а О и а»л а Ы л Ш О ЫФ б О о 4 ш аВ О н о а а а а а О а О Ь о н а а я а а а н с а с с с Ф О а н О 286 ПОГЛОЩЕНИЕ И ИСПУСКАНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ В ГАЗАХ [ГЛ. У Длн удобства вычисления коэффициентов поглощения воздуха приводим численные формулы для расчета отдельных составляющих в областях молекулярного поглощения и первой нонизации, т. е. при Т == 20 000' К. 71 000 9,5(рш р е т система Шумана — Рунге О, 65 300 2,04(рае 7' р)-система ХО, 63 500 0,34(р е " у-система ХО, 127 500 30,6(ряее 86 600 8,5(рые ' 1+-система Х„ 36 800 61,2(р, е т 1 -система Х, (оее(— 00 х(мелек = ье 65т >( 2+-система Хт, хо- = 2,67.
10'Осо- — 0- ао-. Юо 156 ООО е т О, 181 ООО е 7' Х„ 158 060 е ' О, 166 000 е т Х, 108 000 т ХО 2,56 101261 — ьт Со ат Х((краа1ере) = т 3 3 хко, = 2,67 10166~((, -С- оно, Юо (Т в 'К, Л в сл(, х в см '). а) Поправочный множитель Бибормана н Нормана 1см. 1 7) не учитывается. Концентрации с; всех частиц определены в этих формулах как отнощения чисел частиц к числу исходных молекул в холодном воздухе. В формулы для коэффициентов молекулярного поглощения подставлены силы осцилляторов из табл. 5.8.
Эффективный заряд в формулах для крамерсовского поглощения принят равным 1 *). Концентрации отрицательных ионов кислорода монаш вычислить по формуле Саха, зная концентрации атомов кислорода и свободных электронов. Эффективные сечения поглощения отрицательными ионами О даются на рис. 5.5 в 8 5.
Имеются экспериментальные данные, свидетельствующие о существовании отрицательного иона азота Х 157]. Поглощение света этими ионами рассматривалось в работе 158!. Зная все составляющие коэффициентов поглощения, можно вычислить суммарные коэффициенты и испускательпые способности для любых температур и плотностей. Иа рисунках 5,30 287 ОПТИЧЕСКИЕ СВОИСТВА НАГРЕТОГО ВОЗДУХА $ З1) и 5.31 показана полученная таким образом реконструкция радиации при нескольких значениях температуры и плотности (эти данные ааимствованы из работы (28!). На графиках указаны вклады отдельных составляющих поглощения. В работе [32) исследовался вопрос о свободно-свободном поглощении электронами в поле нейтральных атомов.
Для этого измерялась лучеиспускательная способность при Т = 8000' К д/йс = 0,85 в инфракрасной области спектра с )а 20000 — 40000 А, где по расчетам все В Ю Дар й ч ч 66 Ь, арт Дг йг й4 й6 66 ЦУ йг 66 Длина 6оплсс им Рис. 5.31. Интенсивность испускания ноадуха при Т = 8000' К, о 10 а ро. А — 1Е а интенсивности налучення верного тела,  — сум- марное налуяенне, р ° вЂ” свободно-свяванные йерехоны. другие механизмы должны играть малую роль. Оказалось, что приближенно коэффициент поглощения можно описать обычной формулой для тормозного поглощения с квадратом эффективного заряда Яе = 0,04 для атомов О и Яв = 0,02 для г1. В видимой н ультрафиолетовой областях спектра, судя по этим данным, свободно-свободное поглощение в поле нейтральных атомов не должно играть существенной роли, Коэффициенты поглощения красного света Х = 8500 А в воздухе в ударной волне для двух значений температур были намерены И.
Ш. Моделем (34), В опытах Моделя детонационпая волна выходила из взрывчатого вещества на границу с воздухом. Фотографическим путем измерялось изменение во времени интенсивности свечения поверхности фронта ударной волны в направлении, нормальном к поверхности. Если Ы— толщина слоя воздуха, охваченного ударной волной к моменту 1, то интенсивность свечения поверхности фронта определяется формулой (5.аа5). Когда слой нагретого воадуха становится оптически толстым 288 ПОГЛОЩЕНИЕ И ИСПУСКАНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ В ГАЗАХ !ГЛ.
У ях!1 » 1, фронт светится как черное тело и Т, Т,р. Снимая кривую нарастания свечения Х, (о), можно было намерить коэффициент поглощения. Независимо определялась температура аа фронтом по яркости фронта в стадии, когда нх!1 )) 1 и фронт светится как черное тело. И, Ш. Моделем были получены значения коэффициента поглощения для двух температур, Т = 10 900' К, кь = 5,7 см ', Т =- 7480' К, их = 1,66 см '(), = 6500 Л, д/дз — 10). Первое значение удовлетс„,, 7!),с "' ворительно согласуется со значением, рассчитанным по приведенным фору мулам.
Основную роль играет поглощение в 1+-системе )4з и крамерсовский меха- 3 низм. Что же касается второй точки, то экспериментальное значение гораздо выше, чем то, которое дает теория *). Характерной особенностью всех рассмотренных выше составляющих г поглощения (см. сводку формул, гв7У А" стр. 286) является резкая, больцмаРис.
5.32. Усредненное эффектна- новская зависимость от температуры с нос сечение поглощения света не- весьма значительными энергиями активозбуягденными молекулами ХОз. вации. При пе очень высоких температурах порядка 3000 — 4000' К все коэффициенты в видимой области спектра становятся очень малыми, например, при Т = 4000'К и 9/йс —— 1 и 10 ' см '. При столь низких температурах основную роль в поглощении играет молекулярное поглощение двуокисью азота, которая присутствует в воздухе в незначительных количествах (см. табл. 5.9) **), но сильно поглощает свет в видимой и ультрафиолетовой областях спектра. Молекулярные Таблица 59 Равновесные ковцентрацин двуокнся авота в нагретом воздУхе, око 404 з ! ! 2,9! 4,92 ~ 0,79 2,86 4,90 0,67 2,4! 4,29 0,25 0,35 0,63 0,69 3500 4000 5000 20!!О 2 !00 3000 4,4! 0,79 2,02 4,42 2,24 ! 4,58 число молекул ХОз П рине ванне.
снов число исходных молекул в воздухе полосы )хОз образуют очень слонгную систему с практически перекрывающимися линиями. На рис. 5.32 приведена зависимость аффективного сечения поглощения холодных молекул !хОз по данным работы !35). Сечение монотонно падает от о =- 6,5 10 "смз до о ж 10 зе смз в интерва- *) О цричицзх етого расхождения нельзя высказать определенного суждения.
**) Концентрации 5)Оз были рассчитаны в работе [39). 289 ПРОБОЙ ле длин волн отЛ = 4000 А до Л = 7000 А. Согласно измерениям [36) сечение поглощения в инфракрасной области очень мало: приЛ = 10 000— 20 000 А о 4,5 10 " см' В близкой ультрафиолетовой области при Л = 3020 А сечение проходит через минимум [37); это вместе с кривой рис. 5.32 свидетельствует о том, что максимум поглощения лежит в синей части спектра Л 4000 А„ Следует ожидать, что при температурах порядка 2000 — 4000' К спектр поглощения сильно смещается в красную сторону и эффективное сечение с[От во всей видимой области спектра становится порядка нескольких единиц на 10 " см' (подробнее см.
об этом в статье [38); см. также $7 гл. 1Х). Например, при концентрации молекул г[Оз в воздухе порядка 10-' это дает коэффициент поглощения при нормальной плотности порядка 10 з см '. В работе [59[ изучалась интенсивность излучения двуокиси азота при температурах 1400 — 2100= К (двуокись в смеси с аргоном нагревалась в ударной трубе). Получены абсолютные значения интенсивности в видимой части спектра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
