Определение температуры тел с помощью оптического пирометра Краткая теория.

Наиболее распространенным в природе видом электромагнитного излучения является т е п л о в о е излучение, которое возникает за счет внутренней энергии вещества и поэтому свойственно всем нагретым телам при любой температуре, отличной от абсолютного нуля.

Цель настоящей работы состоит в том, чтобы, пользуясь законами теплового излучения, определить температуру тела, нагретого до высокой температуры.

Исходя из законов термодинамики, Кирхгоф доказал, что для любого тела отношение спектральной излучательной способности r (, Т) к его спектральной поглощательной способности а (, Т) при любой длине волны и температуре Т, не зависит от материала и равно

где r_чт (, Т) - универсальная функция Кирхгофа.

Этот закон называется законом теплового излучения Кирхгофа.

Тело, полностью поглощающее при любой температуре всю энергию падающих на него электромагнитных волн, называется ч е р н ы м т е п л о м. Для черного тела поглощательная способность а(, Т) равна 1, а излучательная способность абсолютно черного тела есть функция только длины волны и температуры и не зависит от природы тела. Из (1) следует, что в этом случае

где индекс «ч.т.» означает, что соответствующая величина относится к черному телу. Таким образом, универсальная функция Кирхгофа, фактически описывает распределение энергии в спектре излучения черного тела: по формуле Планка;

Из формулы Планка путем интегрирования по всем длинам волн согласно (2) получается закон Стефана-Больцмана:

а путем дифференцирования - закон смещения Вина:

где постоянная Стефана-Больцмана равна  = 5,67  10^-8 Вт/(м²  К⁴), а постоянная I закона смещения Вина равна С = 2,898  10^-3 м.к.

Все реальные тела не являются черными. Тем не менее законы излучения черных тел используются для измерения температуры нагретых тел. Приборы, служащие для определения температуры по тепловому излучению, называются п и р о м е т р а м и.

1. В радиационном пирометре используется закон Стефана-Больцмана. При измерении излучения (радиации) не абсолютно черного тела радиационный пирометр показывает не истинную температуру, а так называемую радиационную температуру - такую температуру черного тела, при которой ее суммарное излучение равно суммарному излучению данного тела. Радиационная температура всегда меньше истинной, термодинамической температуры. Для определения истинной температуры нужно знать отношение излучательности данного тела к излучательности абсолютно черного тела. Эта величина называется излучательной способностью (степенью черноты). Для многих тел значение этой величины дается в таблицах.

2. С помощью закона смещения Вина можно определить температуру тела, если известно спектральное распределение его энергии. По измеренной длине волны _max с помощью равенства (5) можно вычислить температуру тела. Температура тела, измеренная на основе закона смещения Вина, называется ц в е т о в о й температурой. У многих тел цветовая температура настолько сильно отличается от истинной, что не может быть признанной за истинную.

3. Наиболее распространенный способ определения оптическим методом температуры нагретого тела основывается на сопоставлении энергии излучения определенного интервала у исследуемого тела и у абсолютно черного тела. Измеренная таким образом температура называется я р к о с т н о й температурой. Этот способ применяется в данной работе.