Главная страница Случайная страница
Разделы сайта
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Поглощение излучения. Закон Бугера.
|
|
Под поглощением света понимают превращение энергии световой волны из электромагнитной формы во внутреннюю (тепловую) энергию среды, в которой проходит волна. Поглощение света описывается законом Бугера:
где I – интенсивность света, прошедшего через поглощающий слой; I o - интенсивность света, падающего на поглощающий слой; l - толщина поглощающего слоя, k - коэффициент поглощения.
Коэффициент поглощения k – физическая величина, обратно пропорциональная толщине поглощающего слоя, при прохождении которого интенсивность световой волны уменьшается в 
=2, 72 раз. Зависит от природы и плотности вещества, а также длины волны.
Тепловое излучение. Энергетическая светимость. Спектральная плотность энергетической светимости. Монохроматический коэффициент поглощения. Абсолютно черное тело. Серое тело. Закон Кирхгофа. Закон Стефана-Больцмана. Закон смещения Вина. Оптическая пирометрия.
Тепловым излучением тел называется электромагнитное излучение, возникающее за счет той части внутренней энергии тела, которая связана с тепловым движением его частиц.
Основными характеристиками теплового излучения тел нагретых до температуры T являются:
1. Спектральная плотность энергетической светимости r(l, Т) на некоторой длине волны l - количество энергии, излучаемое единицей поверхности тела, в единицу времени в единичном интервале длин волн (вблизи рассматриваемой длины волны l). Эта величина зависит от температуры тела, длины волны, а также от природы и состояния поверхности излучающего тела. В системе СИ r(l, T) имеет размерность [Вт/м3].
2. Энергетическая светимость R ( T ) - количество энергии, излучаемой в единицу времени с единицы поверхности тела во всем интервале длин волн. Зависит от температуры, природы и состояния поверхности излучающего тела.
Энергетическая светимость R(T) связана со спектральной плотностью энергетической светимости r(l, T) следующим образом:
(1)
Размерность энергетической светимости в системе СИ - [Вт/м2]
3. К оэффициент монохроматического поглощения - отношение величины поглощенной поверхностью тела энергии монохроматической волны к величине энергии падающей монохроматической волны:
(2)
Коэффициент монохроматического поглощения является безразмерной величиной, зависящей от температуры и длины волны. Он показывает, какая доля энергии падающей монохроматической волны поглощается поверхностью тела. Величина a (l, T) может принимать значения от 0 (если тело полностью отражает излучение) до 1(если полностью поглощает, т.е. для абсолютно черного тела). Абсолютно черным телом называется тело, которое поглощает все падающее на него излучение (ничего не отражая и не пропуская).
Основные законы излучения абсолютно черного тела:
Закон Стефана-Больцмана: Энергетическая светимость абсолютно чёрного тела пропорциональна четвёртой степени его термодинамической температуры.
,
где Re — энергетическая светимость абсолютно черного тела, s — постоянная Стефана— Больцмана; Т — термодинамическая температура Кельвина.
Если тело не является абсолютно черным, то закон Стефана—Больцмана применяют в виде
,
где a— коэффициент (степень) черноты тела (a < 1).
Закон смещения Вина: Длина волны, соответствующая максимальному значению спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела ( lmax ), обратно пропорциональна его температуре.
,
где l m — длина волны, на которую приходится максимум энергии излучения; b — постоянная Вина.
Для нечерных тел справедлив закон Кирхгофа:
для всех тел системы, находящихся в термодинамическом равновесии, отношение спектральной плотности энергетической светимости к коэффициенту монохроматического поглощения не зависит от природы тела, является одинаковой для всех тел функцией, зависящей от длины волны l и температуры Т.
(5)
Так как для абсолютно черного тела a(l, T)=1, то из формулы (5) следует, что универсальная функция f (l, T) представляет собой спектральную плотность энергетической светимости абсолютно черного тела. Выражение для нее предложил Планк
Оптической пирометрией называется совокупность методов измерения температуры тел, основанных на законах теплового излучения. Приборы, применяемые для этого, называются пирометрами.
Эти методы очень удобны для измерения температур различных объектов, где сложно или вообще невозможно применить традиционные контактные датчики. Это относится в первую очередь к измерению высоких температур.
В оптической пирометрии различают следующие температуры тела: радиационную (когда измерение проводится в широком интервале длин волн), цветовую (когда в узком интервале – интервале видимого света), яркостную (на одной длине волны).
|
|