Вход

Тепловое излучение

Реферат по физике
Дата добавления: 15 сентября 2009
Язык реферата: Русский
Word, rtf, 3.7 Мб
Реферат можно скачать бесплатно
Скачать
Данная работа не подходит - план Б:
Создаете заказ
Выбираете исполнителя
Готовый результат
Исполнители предлагают свои условия
Автор работает
Заказать
Не подходит данная работа?
Вы можете заказать написание любой учебной работы на любую тему.
Заказать новую работу
СОДЕРЖАНИЕ 1. Тепловое излучение 2. Законы излучения абсолютно черного тела 3. Понятие об оптической пирометрии 1. Тепловое излучение Нагретые тела излучают электромагнитные волны. Это излучение осуществл я ется за счет преобразования энергии теплового движения частиц тела в энергию и з лучения. Электромагнитное излучение тела, находящегося в состоянии термодинамического равновесия, называют те п ловым (температурным) излучением. Иногда под тепловым излучением понимают не только равновесное, но также и неравн о весное излучение тел, обусловленное их нагреванием. Такое равновесное излуч е ние осуществляется, например, если излучающее тело находится внутри замкнутой п о лости с непрозрачными стенками, температура которых равна температуре тела. В теплоизолированной системе тел, находящихся при одной и той же температ у ре, теплообмен между телами путем испускания и поглощения теплового излучения не может привести к нарушению термодинамического равновесия си с темы, так как это противоречило бы, второму началу термодинамики. Поэтому для теплового излучения тел должно выполняться пр а вило Прево: если два тела при одной и той же температуре поглощают разные количества энергии, то и их те п ловое излучение при этой температуре должно быть различным. Лучеиспускательной (излучательной) способностью или спектральной плотн о стью энергетической светимости тела называют величину Е ,т, численно ра в ную поверхностной плотности мощности теплового излучения тела и интервале ча с тот единичной ширины: где dW - энергии теплового излучения с единицы площади поверхности тела за единицу времени в интервале частот от v до v + dr . Лучеиспускательная способность Е ,т, является спектральной характеристикой теплового излучения тела. Она зависит от частоты v , абсолютной температуры Т т е ла, а также от его материала, формы и состояния поверхности. В системе СИ Е ,т, измеряется в дж/м2. Поглощательной способностью или монохроматическим коэффициентом п о глощения тела называют величину А ,т, показывающую, какая доля энергии dW пад, доставляемой за единицу времени на единицу площади поверхности тела падающ и ми на нее электромагнитными волнами с частотами от v до v + dv , поглощается т е лом: А ,т - величина безразмерная. Она зависит, помимо частоты излучения и темпер а туры тела, от его материала, формы и состояния поверхности. Тело называется абсолютно черным, если оно при любой температуре полн о стью поглощает все падающие на него электромагнитные полны: А ,т черн = 1. Реальные тела не являются абсолютно черными, однако некоторые из них по оптическим свойствам близки к абсолютно черному телу (сажа, платиновая чернь, черный бархат в области видимого света имеют А ,т, мало отличающиеся от един и цы) Тело называют серым ,если его поглощательная способность одинакова для всех частот и зависит только от температуры, материала и состояния поверхности тела Между лучеиспускательной Е ,т и поглощательной А ,т способностями любого непрозрачного тела существует соотношение (закон Киргофа в дифференциальной форме): Для произвольной частоты и температуры отношение лучеиспускательной сп о собности тела к его поглощательной способности одинаково для всех тел и равно лучеиспускательной способности ,т абсолютно черного тела, являющейся функц и ей только частоты и температуры (функция Кирхгофа Е ,т = А ,т ,т = 0). Интегральная излучательная способность (энергетическая светимость) т е ла: представляет собой поверхностную плотность мощности теплового излучения тела, т.е. энергию излучения всех возможных частот, испускаемого с единицы поверхн о сти тела за единицу времени. Интегральная излучательная способность Т абсолютно черного тела: 2. Законы излучения абсолютно черного тела Законы излучения абсолютно черного тела устанавливают зависимость Т и ,Т от ча с тоты и температуры. Закон Cme фана — Болъцмапа: Величина у- универсальная постоянная Стефана -Больцмана, равная 5,67 -10-8 вт/м2*град4. Распределение энергии в спектре излучения абсолютно черного тела, т. е. зав и симость ,Т, от частоты при различных температурах, имеет вид, изобр а женный на рисунке: Закон Вина: где с - скорость света в вакууме, a / T ) - универсальная функция отношения частоты изл у чения абсолютно черного тела к его температуре. Частота излучения макс, соответствующая максимальному значению лучеиспускательной спосо б ности ,Т абсолютно черного тела, согласно закону Вина равна где b 1 - постоянная величина, зависящая от вида функции f ( / T ). Закон смещения Bu н a : частота, соответствующая максимальному значению лучеиспускательной способности ,Т абсолютно черного тела, прямо пропорциональна его абсолютной температ у ре. С энергетической точки зрения черное излучение эквивалентно излучению сист е мы бесконечно большого числа не взаимодействующих гармонических осциллят о ров, называемых радиационными осцилляторами. Если е(н) – средняя энергия р а диационного осциллятора с собственной частотой н, то н= и Согласно классическому закону о равномерном распределении энергии по степеням свободы е(н) = kT , где k постоянная Больцмана, и Это соотношение называют формулой Релея-Джинса. В области больших частот она приводит к резкому расхождению с опытом, нос я щему название «ультра-Фиолетовой катастрофы: ,Т монотонно возрастает с ростом частоты, не имея максимума, а интегральная лучеиспускательная способность абсолютно черного тела обращается в бесконе ч ность. Причина вышеуказанных трудностей, возникших при отыскании вида функции Кирхгофа ,Т, связана с одним из основных положений классической физики, согласно которому энергия любой системы может изменяться непрерывно, т. е. может принимать любые сколь угодно бли з кие значения. По квантовой теории Планка энергия радиационного осциллятора с собственной частотой v может принимать лишь определенные дискретные (квантованные) знач е ния, отличающиеся на целое число элементарных порций — квантов энергии: h = б,625-10-34 дж*сек — постоянная Планка (квант действия). В соответствии с этим излучение и поглощение энергии частицами излучающего тела (атомами, м о лекулами или ионами), обменивающимися энергией с радиационными осциллят о рами, должно происходить, не непрерывно, а дискретно - отдельными порци я ми (квантами). 3. Понятие об оптической пирометрии Оптической пирометрией называется совокупность методов измерения выс о ких температур, основанных на использовании зависимости между температурой и лучеиспускательной способностью (интегральной и спектральной) для исследуемого тела. Прим е няемые для этой цели приборы называют пирометрами излучения. В радиационных пир о метрах регистрируется интегральное излучение исследуемого нагретого тела, а в оптич е ских пирометрах — его излучение в одном или двух узких участках спектра. Применение пирометров излучения для измерения температуры твердых, жидких или газообразных тел возможно, лишь если с достаточной степ е нью точности можно считать, что эти тела находятся в состоянии термодинамического равновесия (или в состояниях, достаточно бли з ких к равновесному). Радиационной температурой Тр данного тела называют температуру такого черного тела, суммарное излучение которого совпадает с излучением исследуемого тела. Исти н ная температура тела: где Т = ЕТ/ Т - степень черноты тела при температуре Т. Так как Т 1, то Т Тр. Цветовой температурой Т, нечерного тела называют температуру Т такого черного тела, которое имеет распределение энергии в спектре, наиболее близкое к ра с пределению энергии испытуемого тела при данной температуре. Ее измерение своди т ся к определению значений лучеиспускательной (Е ,Т) и поглощательной (А ,Т) спосо б ностей исследуемого тела для двух различных длин поли 1и 2. Тогда в соответствии с упр о щенной формулой Планка справедливой при Т<< hc / k , Для серых тел A 1 T = A 2 T , и Тв = Т. Для тел, сильно отличающихся от серых (н а пример, обладающих селективным поглощением и испусканием), понятие цветовой температуры не имеет смысла. Яркостной температурой Тя тела называют температуру абсолютно черного тела, спектральная плотность энергетической яркости которого для длины волны 0 (обычно 0 = 660 нм) равна спектральной плотности энергетической яркости иссл е дуемого тела для той же длины волны и в направлении нормали к его поверхности. Спектральная плотность энергетической яркости излучающего тела температуры Т: где dB д - энергия, излучаемая с единицы площади поверхности тела за единицу времени в интервале длин волн от до + d в единичный телесный угол в заданном направлении. Для излучающего тела, подчиняющегося закону Ламберта (стр. 651), где Е ,Т - лучеиспускательная способность тела. В частности, для абсолютно черного тела ЛИТЕРАТУРА 1. Кноль М., Эйхмейер И. Техническая электроника, т. 1. Физические основы электроники. Вакуумная техника.— М.: Энергия, 2001. 2. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике.— М., Наука, 1978 -- 944 с. 3. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Оптика.— М.: Наука, 1999 -- 752 с. 4. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. В 2-х кн.— М.: Мир, 2004.
© Рефератбанк, 2002 - 2017