Савельев - Курс общей физики Том 3 - Оптика, Атомная физика, элементарные частицы (934757), страница 43
Текст из файла (страница 43)
(54.10) Так как ат для нечерных тел меньше единицы, истинная температура больше радиационной. В справоч. никах имеются таблицы значений ат для различных излучателей. Например, для вольфрама при истинной температуре 15М'К ат = 0,15, а при 3000' К пт = 0,32; для никеля при 1500' К ат = 0,06 и т. д. Таким образом, прн истинной температуре вольфрама 3000'К радиационный пирометр покажет температуру: Тя„= рог гТ= $ 0,32 3000=0,75 3000=2250'К. 267 !напомним, что Р,„и В, связаны соотношением (54.1)). Температура Тр,„называется р а д и а ц и о и н о й. Найдем связь между радиационной температурой нечерного тела Тэ,„и его истинной температурой Т.
Обозначим через ат отношение энергетических светимостей данного тела )7, и абсолютно черного тела Р„, взятых для одной и той же температуры. Тогда можно написать, что й,(7') = агйэ(Т). Яркостные пирометры. Наибольшее распространение получил метод определения температур, основывающийся на сравнении излучения светящегося тела с излучением абсолютно черного тела на одном и том же фиксированном узком участке спектра ЛЛ.
Обычно используется участок, лежащий в окрестности Л = 0,66 мк (красная часть спектра). Схема яркостного пирометра, обычно называемого пирометром с исчезающей нитью, показана на рис. 166. Имеющая форму полу- окружности нить лампочки бб (а .0 лежит в плоскости, перпендикулярной к оси прибора. Обьектив Об создает в Я этой же плоскости изображение поверхности исследуемого излучатели. Светофильтр Ф пропускает к окуг ляру Ок лишь красные лучи с длиной волны вблизи Р 0,66 мк. Наблюдая через оку- ляр, подбирают с помощью Рнс.
166, реостата Р такой накал нити, чтобы ее яркость совпала с яркостью изображения излучателя (в этом случае нить «исчезает», т. е. становится неразличимой на фоне изображения). Предварительно прибор градуируют по абсолютно черному телу, нанося против делений шкалы гальванометра соответствующие значения температуры. Для нечерного тела прибор даст то значение температуры Т„„„, при котором яркость В, (Л, Т,~„) абсолютно черного тела для Л = 0,66 мк равна яркости исследуемого тела В,(Л, Т) при истинной температуре Т: Вв(Л Тик) = В (Л.
Т). (54.11) Соотношение В, = (1/п)В,, имеет место для каждой спектральной составляющей. Следовательно, ! В„(Л, Т) = —,~„. Заменив гьг в соответствии с (50.7), получим В,(Л, Т) = — а„гор(Л, Т) 1 (54.12) где ахт — поглощательная способность исследуемого тела при истинной температуре Т для прокускаемой светофильтром длины волны Х. Подставив в (54.13) выражение (53.10) для !р(Л, Т), получим: с~и«с!Ыт ахт = ам«мхт (54.14) е «Р« — 1 Оценим порядок величины показателя степени при е, приняв Л = 0,66 мк, Т Т„ри 3000'К: 2««вс 2 ° 3,14 ° 1,ОО ° 1О ° 3 ° 10 алг 1дз 1о " о,ы 1о ' з ю' Так как ет )) 1, единицей в числителе и знаменателе выражения (54Л4) можно пренебречь. Тогда !тм!ы!1!!т-!!т ахт=е откуда (54.15) 1+(аЛ/2и с) !пи ° т Из формулы (54.15) видно, что истинная температура Т нечерных тел всегда больше яркостпой температуры Т„„,(1п алт С О).
Значения алт для разных излучателей можно найти в справочниках. Например, для вольфрама при Т = = 3000' К и Л = 0,66 мк ахт = 0,46. Вычисления по формуле (54Л5) дают в этом случае для яркостной температуры значение Тив„— — 2700' К (как было выяснено выше, радиационная температура в этом случае равна 2250' К). Цветовые пнрометры. Для серого тела испускательная способность может быть записана в виде: (54.16) 269 тхт = ат«р (Л, Т), где а„т — поглощательная способность излучающего тела. Подставим в (54.!1) значение (54.12) для В,(Л, Т), учтя, что для абсолютно черного тела ахт = 1. В результате, сокращая на и, придем к соотношению: <р(Л, Т„) = = ахт!р(л, Т) или ч(л, т„,«1 алт =,(л г) (54.13) г(дь Т) В= г(Л,,'Т) Действительно, согласно (54.16) В = <р(г'ь Т) lф(Хт.
Т) ° Воспользовавшись выражением (53.11), получим: По произведенной выше оценке прн Х порядка нескольких десятых микрона и Т вЂ” 3000' К единицей в числителе и знаменателе выражения (54.18) можно вполне пренебречь. Аогарифмируя, придем к соотношению: Ат тиас Г 1 11 1па = 5!и — '+ — ~ — — — ), х, ат (х, х) откуда ~~~ ~~) О/Х вЂ” 1/А,) — 1п5 51п(Х,)Л,) (54.19) ') После прохолтдении излучения через атмосферу максимум смещается в сторону более длинных воли и приходится приблизительно Ид 0,55 мк (см. сноску иа стр, 25). хТО где ат = сопз(. Следовательно, максимум испускательной способности серого тела при температуре Т придется на ту же длину волны л, что и для абсолютно черного тела при той же температуре.
Поэтому, если определена Х„„температура серого тела может быть вычислена по формуле (53.12). Найденная таким способом температура, называется цветовой. Максимум в спектре излучения Солнца (до прохождения излучения через атмосферу Земли) приходится на длину волны. 0,47 мк'). Подстановка и (53.12) дает для цветовой температуры Солнца значение: Т = —. = ~ 6000' К. Ь 2,90 1Оз О,47 Радиационная температура Солнца получается равной примерно 5800'К. Малое различие между цветовой и радиационной температурой указывает на то, что поверхность Солнца по своим свойствам близка к абсолютно черному телу. Вместо исследования всего спектрального распределения, для определения температуры серого тела достаточно найти отношение его испускательных способностей для двух длин волн: Для абсолютно черных и серых тел вычисленная по формуле (54.19) цветовая температура совпадает с истинной.
Для тел, не слишком сильно отличающихся от серых, цветовая температура обычно бывает выше истинной. Для тел, характер излучения которых сильно отличается от излучения серых тел, понятие цветовой температуры теряет смысл. Один из типов цветовых пирометров представляет собой в принципе прибор, отличающийся от изображенного на рис. 164 тем, что перед объективом установлен вращающийся диск с вмонтированными в него синим и красным светофильтрами. В цепи приемника получается ток периодически изменяющейся силы, отношение максимумов и минимумов которого 1 ~х/1 м тем больше, чем больше $.
Специальная электронная схема преобразует этот ток так, что показания прибора, включенного на выходе, оказываются пропорциональными 1 „хЛ,чв. Прибор градуируется по абсолютно черному телу. ГЛЛВ А 1Х ФОТОНЫ 2 55. Тормозное рентгеновское излучение В предыдущей главе мы видели, что для объяснения свойств теплового излучения пришлось ввести представление об испускании электромагнитного излучения порциями Ьм. Квантовая природа излучения подтверждается также суп1ествованием коротковолновой грани- ц ы тормозного рентгеновы ского спектра. л Рентгеновские лучи возникают прн бомбардировке быстрыми электронами твердых мишеней. Существует + два вида рентгеновских тру- бок — ионные и элекРнс. 167. тронные.
В ионных труб- ках (рис. 167) поддерживается тлеющий разряд при низком давлении (порядка 1О-' мл рт. ст.). Катоду трубки 7( придается вогнутая форма, вследствие чего выходящие из вего катодные лучи (см. т. П, $89) фокусируются на мишени Ак нз тяжелого металла (%, Со, Р1 и т. п.). Эту мишень называют аптиквтодом. Чтобы соударения с остатками газа не привели к заметному рассеянию катодных лучей, антикатод Ак приближают к катоду настолько, что он попадает в область круксова темного пространства. При таком расположении анода разряд гаснет. Поэтому трубку снабжают особым анодом А, отстоящим от катода дальше, чем антикатод.
Для стеканвя зарядов с антнкатода он соединяется накоротко с анодом. 272 В электронных трубках (рис. 168) свободные электроны возникают вследствие термоэлектронной эмиссии с иагреваемого током катода (вольфрамовой спирали).
Цилиндр Т( служит для фокусировки электронного пучка: Давление газа в таких трубках составляет 10-л-л10-' мм рт. ст. Лнтикатод трубки Ак служит одновременно н анодом. Электронные трубки гораздо устойчивее и проще в эксплуатации. По этой причине ионные трубки теперь применяются редко. 4 лл.
Почти вся энергия электронов выделяется на апти- катоде в виде тепла (в излу- + чение превращается лишь 1 — 3% энергии). Поэтому в Рис. 168. мощных трубках антикатод приходится интенсивно охлаждать. С этой целью в теле антикатода делаются каналы, по которым циркулирует охлаждающая жидкость (вода или масло). Если между катодом и антикатодом приложено напряжение 1/, электроны разгоняются до энергии еК Попав в вещество антикатода, электроны испытывают сильное торможение и становятся источником электромагнитных волн.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
