Fizika-matematika’’ fakulteti «fizika» kafedrasi
Download 256.43 Kb.
|
optik pirometriya
|
Jismlarning issiqlik nurlanishi quyidagilar bilan tavsiflanadi: energiya yorqinligi R t va spektral energiya yorqinligi r λ, t .
Energiya porlashi yoki umumiy emissiya R - bu butun to'lqin uzunligi oralig'ida tananing sirt yuzasi birligi uchun vaqt birligida chiqarilgan F energiya oqimiga teng miqdordagi fizik miqdor: = (1) bu erda S - qizdirilgan tananing nurlanish yuzasi.
r λ , T = (2) Λ, T indekslari r λ , T ning ushbu qiymatlarga bog'liqligini bildiradi . Ba'zan r λ , T spektral energiya yorqinligi yoki spektral monoxromatik emissiya deb ataladi . R T ir λ , T ta'rifidan kelib chiqadigan narsa: R T = R λ , T dλ (3) Jismlarning nurni yutish xususiyati spektral yutilish koeffitsienti bilan tavsiflanadi: a λT = (4) Ba'zi hollarda jismlarning o'rtacha yutilish koeffitsientidan foydalaning a T = bu erda Φ λ i Φ λ i Φ, Φ - mos ravishda, tushgan va so'rilgan spektral va integral nur oqimlarining intensivligi. Ko'pgina jismlar uchun a λT <1 va to'lqin uzunligiga bog'liq i i tana harorati T. Biroq, unga tushayotgan barcha nurlarni yutadigan tanani tasavvur qilishingiz mumkin. Bunday tanani to'liq qora deb atashadi .
Mutlaqo qora tan uchun (APT) a λT = 1, shuning uchun APT ning spektral emissivligi ℰ λT = ƒ (λ, T) Kirchhoff qonuni har qanday tana uchun quyidagicha yozilgan: r λ , T = a λT ℰ λT (6) Plank radiatsiyaning kvant tabiatiga oid gipotezaga asoslanib, har qanday harorat uchun mutloq qora jism spektrida nurlanishni to'lqin uzunliklari bo'yicha taqsimlash funktsiyasi uchun analitik ifodani topdi. Ushbu funktsiya Plank funktsiyasi deb nomlanadi va quyidagi shaklga ega: e λ , T = (7) bu erda h - Plank doimiysi; k - Boltsman jadvali; c - yorug'lik tezligi. Flormula (7) ba'zan quyidagicha yoziladi: e λ , T = (8) bu erda c 1 = 2πc = 3.74 10 -16 J m 2 / s, c 2 = sh / k = 1.43880 10 -2 m K Tajriba va Plank formulasi asosida olingan bir necha T haroratlari uchun spektral energiya porlashi D λT ning to'lqin uzunliklariga λ bog'liqliklari grafikalari shakl. 1. Grafik egri chiziqlari bilan chegaralangan maydonlar APT nurlanishining yorqinligini aniqlaydi. Anjir. 1 Mutlaqo qora jismning nurlanish spektridagi energiyalarning har xil haroratda taqsimlanishi Nazariy jihatdan maksimal nurlanish intensivligi λ tah holati quyidagi sharoitda aniqlanishi kerak :
bu iboraga olib keladi: λ tach T = b, (9) bu erda b = 0.2897 10 -2 m K - doimiy Sharob. Ushbu ibora Vinning siljish qonuni - Golitsinning yoki Vinning birinchi qonuni deb ataladi . Qonun quyidagicha shakllantiriladi: absolyut qora jismning maksimal spektral emissiyasini hisoblaydigan to'lqin uzunligi g tah tananing absolyut T harorati bilan teskari proportsionaldir. Plank formulasi (3) λ uchun so'z o'rnini bosuvchi , Tach (9) bilan biz bayonot olganligini mutlaqo qora tanasi ℰ maksimal spektral energiya yorqinligi E Tach , T mutlaq tana harorati T beshinchi hokimiyat mutanosib ravishda ortadi (Vinning ikkinchi qonuni), ya'ni ℰ λ max, T = C T 5 (10) bu erda c = 1,29 10 -9 Vt / m K Plank funktsiyasini (7) butun to'lqin uzunligi oralig'ida birlashtirsak, shuni olamiz ℰ T = ℰ λ T dλ = (11) Formula (11) bo'yicha biz APT ning ajralmas emissivligini topa olamiz. Ifoda (11) Stefan-Boltsman qonuni deb nomlanadi va quyidagicha yoziladi: e T = ơ T 4 , (12) bu erda ơ = 2 π 5 k 4 / 15c 2 soat 3 - 5,6687 10 -8 Bt / m K. Chelik the Stefan-Boltsman doimiysi deb nomlangan. $ D $ ning ma'lum qiymatiga ko'ra, Plank birinchi navbatda h ning doimiyligini quyidagi hisoblash formulasi yordamida topdi: h = (13) Radiatsiya pirometrlari va radiatsiya harorati Ishonch bilan o'rnatilgan Boltsman qonunlari (σ) va Vin (b) po'latlaridan foydalangan holda, ularni to'g'ridan-to'g'ri o'lchaganlarga nisbatan yuqori haroratni o'lchash uchun ishlatish mumkin (yuqori haroratgacha ekstrapolyatsiya). Boltsman qonunini qo'llashda, qabul qilish apparatlariga yuboriladigan jami nurlanishni, barcha nurlanishlarni, faol nurlanishning tana burchagi kattaligini, aks ettirishni yo'qotishini va qurilmada singishini hisobga olgan holda o'lchash kerak. kuni. Hozirda bunday o'lchovlarni etarlicha aniqlik bilan bajarishga imkon beradigan nisbatan sodda ko'chma qurilmalar mavjud. Ushbu radiatsiya pirometrlari tuzilishi Qabul qiluvchilarni s har doim manba tasviri bilan to'liq qoplab turishi va nurlanish qurilmaga po'lat korpus burchagi bilan kirib borishi uchun moslamaning qabul qiluvchisiga manba tasvirini proektsiyalash imkoniyatiga qisqartiriladi. qurilmaning o'lchami. 2-rasm. Radiatsiya haroratini o'lchash uchun nurlanish pirometrining sxemasi O'lchashda asbob L ob'ekti yordamida qabul qiluvchida manbaning boshqa tasvirini olishga imkon beradigan etarli hajmdagi S ning ozmi-ko'pmi uzoqroq manbasiga qaratilgan. Rasmning ravshanligi 2-rasmda ko'rsatilmagan okulyar tomonidan boshqariladi. Bunday sharoitda pirometr tomonidan olingan energiya, uning masofasidan qat'i nazar, manba yorqinligi bilan mutanosib bo'ladi, xuddi ko'z uzoq nurni ko'rganda bo'lgani kabi manbalar. Shunday qilib, pirometrning ko'rsatkichlari yorqinlikka va shunga qarab kuzatilgan qora tananing haroratiga bog'liq bo'ladi. Pirometrni avval ma'lum bo'lgan haroratga ega bo'lgan qora tanada kalibrlash orqali siz uning ko'rsatkichlarini o'rganilayotgan haroratni o'lchash uchun ishlatishingiz mumkin. Radiatsion pirometrlarda qabul qilgich sifatida ko'pincha termojuft yoki bolometr ishlatiladi, ammo bimetalik spiralli pirometrlar ham mavjud, qizdirilganda egiladigan, gazli termometr bilan va boshqalar. Agar o'rganilayotgan tana qora bo'lmasa, u holda nurlanish pirometrining ko'rsatkichlari uning haqiqiy haroratini bermaydi, balkinurlanish harorati T r , bu shunday qora tananing harorati, bizning tanamizning nurlanishiga teng bo'lgan umumiy nurlanish degan ma'noni anglatadi. Haqiqiy tana harorati T va uning nurlanish harorati T r o'rtasidagi bog'liqlikni osongina o'lchangan jismning umumiy chiqishi bilan bir xil haroratdagi qora tananing chiqishiga nisbati, ya'ni E T = nisbati aniqlanganda . Ta'rifga ko'ra, E T qiymati birdan kam. Odatda harorat nisbati bilan bir oz ortadi. E T ning qiymati ko'plab texnik muhim materiallar uchun yaxshi o'rganilgan. Metalllar uchun ular kichik (0,1 dan 0,3 gacha), metall oksidlari va ko'mir uchun E T sezilarli (0,9 ga etadi). Ushbu qiymatlarning ba'zilari quyidagi jadvalda keltirilgan:
E T va qizdirilgan materialning nurlanish haroratini bilib, uning aniq haroratini aniq nisbatdan topa olamiz E T har doim birdan kam bo'lganligi sababli, radiatsion tana harorati har doim haqiqiy haroratdan kam bo'ladi. RADIADATSIYA BOShQASI SPEKTRUMIDA Rangli harorat va energiya taqsimoti Biz bir qora jism spektrida energiya tarqatish topish bo'lsa, biz ε energiya egri ustida maksimal o'rnini bilish λ , T va harorat λ nisbati yordamida joyidan Vin qonuni asosida aniqlanishi mumkin max T = b. Shunday qilib, Quyosh uchun, Yer atmosferasida chuqurlashish uchun tuzatishlarni hisobga olgan holda, biz Quyoshni qora tan deb hisoblaganimizda, 6150 0 K haroratga mos keladigan λ max = 4700 find ni topamiz . Topilgan raqamlar o'rtacha, chunki quyosh diskining markazi uchun max maksimal chekkalarga qaraganda bir oz kichikroq bo'ladi. Yoritgich tanasi qora bo'lmagan hollarda, Wine formulasidan foydalanish maqsadga muvofiq emas. Ammo, ba'zida bunday jismlarning spektridagi energiya taqsimotini T s haroratli ba'zi qora jismlarning energiya taqsimoti bilan amalda aniqlash mumkin . Bunday holda, nurli tanasi T s haroratning qora tanasi bilan bir xil rangga ega . Shunday qilib aniqlangan harorat T c ko'pincha tananing rang harorati deb ataladi . Ushbu ta'rifdan ko'rinib turibdiki, radiatsion tabiati qora tanadan ancha farq qiladigan jismlar uchun (aniq tanlangan nurlanish sohalari bo'lgan tanaga misol) rang harorati tushunchasi mantiqiy emas. chunki bunday jismlarning rangini faqat qora tanasi yordamida juda ko'paytirish mumkin. Bunday hollarda, rang harorati aniqlanishi mumkin bo'lganda ("kulrang tanalar", masalan ko'mir, oksidlar, ba'zi metallar), bu rang haroratini topish uchun energiyaning spektrda taqsimlanishini tegishli spektral asboblar. Anjir. 3 Quyoshni bunday o'rganish natijalarini takrorlaydi; bir vaqtning o'zida unga 6000 0 K va 6500 0 haroratli qora tanaga taqsimot egri chiziqlari qo'yiladiK. Shakl. 3 shuni ko'rsatadiki, qora tanali Quyoshni faqat juda yaqin aniqlash mumkin. Ushbu yaqinlashish bilan biz Quyoshning rang harorati taxminan 6500 0 K ni taxmin qilishimiz mumkin. Anjir. 3. Quyosh spektrida va qora tanadagi spektrlarda energiyaning 6000 0 K va 6500 0 K haroratlarda taqsimlanishi Egri chiziqlarni taqqoslash Quyoshning rang harorati 6500 0 K deb taxmin qilishga imkon beradi. . Qora bo'lmagan jismning rang harorati bo'yicha haqiqiy haroratni topish uchun uning har xil to'lqin uzunliklari uchun monoxromatik chiqishini, ya'ni o'rganilayotgan jism va qora tananing ma'lum to'lqin uzunligi uchun λ va haroratning nisbati haqida bilish kerak. T. odatda ikkita to'lqin uzunligi bilan chegaralanadi.λ = 6600 Ǻ va λ = 4700 Ǻ va spektrning ushbu sohalarida taqqoslash orqali qora tan bilan ranglarni aniqlashning soddalashtirilgan usulidan foydalaning. NORMAL ISHLAB CHIQARISh UChUN TEMPERATURA VA PIROMETRA Haroratni optik jihatdan aniqlashning eng keng tarqalgan usuli ma'lum bir spektral mintaqada qizigan jismning nurlanishini bir xil to'lqin uzunlikdagi qora jismning nurlanishi bilan taqqoslashga asoslangan. Ushbu taqqoslash ipi yo'qolib ketadigan pirometr yordamida eng qulay tarzda amalga oshiriladi, uning tuzilishi quyidagicha. Anjir. 4. Yorqinlik haroratini aniqlash uchun yo'qoladigan ip bilan pirometrning sxemasi. Chap tomonda L chiroqining tuzilishi ko'rsatilgan. O ob'ekti (4-rasm) - yaxshi shishadan yasalgan shar bilan (afzalligi tekis taglik bilan bochka shaklida) va yarim doira shaklida egilgan ip bilan elektr lampa L. Okulyar ok sizga ipning o'rta qismini ham, O linzalari va M tekisliklarida ko'zgulari bilan proektsiyalangan tekshirilayotgan manbaning yuzasi tasvirini kuzatishga imkon beradi. Okulyar va ko'z o'rtasida joylashtirilgan qizil RR linzalari manba va filaman chiqaradigan yorug'likning deyarli monoxromatik qismini uzatadi. Odatda o'tkazib yuborilgan maydon λ = 6600Ǻ ga to'g'ri keladi. B akkumulyatoridan oqim bilan ishlaydigan chiroq R reostati bilan tartibga solinadi; oqim aniq ampermetr bilan hisoblanadi A haroratni o'lchashda filamentdagi oqim tasvir fonida ikkinchisi yo'qolguncha tartibga solinadi. Turli harorat qora tana kuzatib oldingi kalibrlash qora tana harorati turli oqimlari Men filamanın g'oyib mos bo'lgan belgilangan bo'lsa, u holda ampermetr o'qishlari ko'ra, biz xulosa qilish mumkin qora qaysi tana harorati S λ radiatsiya uchun javob kuzatish manbai. Manbai, shuningdek, bir qora tanasi edi, keyin harorat S topildi λ uning haqiqiy harorati bo'ladi. Aks holda, topilgan harorat kuzatish sharoitida D = 6600Ǻ uchun xuddi shu yorqinlikka ega bo'lgan qora jismning S S haroratini xarakterlaydi, shuning uchun S manbaning yorqinligi harorati deb ataladi . D = 6600Ǻ uchun o'rganilgan tananing yorqinligining E + 6600 nisbati ma'lum bo'lganda, xuddi shu haroratda qora tananing yorqinligiga, keyin biz haqiqiy haroratni yorqinlik harorati bilan aniqlashimiz mumkin. E 6600 nisbati ko'plab texnik ahamiyatga ega materiallar uchun aniqlanadi; bu ma'lum darajada E ga bog'liq; ushbu qiymatlarning ba'zilari quyidagi jadvalda keltirilgan:
Qora bo'lmagan jismning yorqinligi yo'nalishga bog'liq bo'lishi mumkinligi sababli, nurlanish yuzasiga normal yo'nalish uchun E 6600 qiymati berilgan. Bundan tashqari, pirometr bilan ta'minlash kerak. Yorqinlik va haqiqiy harorat o'rtasidagi bog'liqlik quyidagicha nisbat bilan berilgan: ln E λ T = u erda 2 = = 1,438 sm deg bilan bo'ldi. Yo'qolib borayotgan ipli pirometrlardan tashqari, yorqinlik harorati va uning yordamida - va issiq jismlarning haqiqiy haroratini aniqlash uchun bir qator boshqa qurilmalar mavjud. Download 256.43 Kb. Do'stlaringiz bilan baham: 
|