4 Дененің температурасын жылулық сәуле шығаруы бойынша өлшеу

4.1 Пирометрлер туралы жалпы мәліметтер

Ұлғаю термометрлері, термоэлектрлік және кедергілік термометрлер температураны түйістіру әдісі бойынша 1800-2200°С – қа дейін ғана өлшеу мүмкіндігін береді. Одан жоғары температураларды өлшеу үшін пирометрлерді қолданады.

Пирометр – дененің жылулық сәуле шығаруы бойынша температураны түйістірусіз тәсілмен өлшеу құралы. Бұл құралдардың өлшеу диапазоны (20÷6000) °С. Бірақ олардың өлшеу дәлдігі төмен.

4.2 Дененің сәуле шығаруы бойынша температурасын өлшеу теориясы

Жылулық сәуле шығару дегеніміз қызған денелердің молекулаларының жылулық қозғалысы кезінде шығарылатын толқын ұзындығы λ және жиілігі ν элетромагниттік сәуле шығару. Сәуле шығару 4000°С - қа дейін қызған денелердің молекулаларының тербелу және айналу қозғалыстарының нәтижесінде, ал одан жоғары температураларда молекулалардың диссоциациясы және иондалуы нәтижесінде пайда болады.

Қандай да бір денеден шыққан сәуле өзі үшін мөлдір емес басқа денеге түскенде, дененің бетінде жұтылып, жылуға айналады. Жалпы жұтылу және сәуле шығару процестері өзара қайтымды процестер. Сырттан дене бетіне түсетін сәуле беттен толығымен немесе жартылай шағылады, денеде жұтылады, сынып өтеді.

Шағылған, жұтылған, сынып өткен ағынның денеге түскен ағынға қатынасы сәйкесінше шағылу коэффициенті , жұтылу коэффициенті , өткізу коэффициенті деп аталады. Монохроматты (белгілі бір толқын ұзындығы бар) сәуле шығару үшін бұл коэффициенттерді ( ) спектралдық деп атайды. Бұл коэффициенттер материалдың түріне, беттің өңделу күйіне, температурасына т.с.с. факторларға тәуелді болады. Олардың өзара қатынасы

және . (4.1)

Өзіне түскен барлық жарықты жұтатын денені абсолют қара дене деп аталады. Кирхгоф заңы бойынша кез келген жарық көзінің спектрлік энергетикалық жарықтылығының спектрлік жұтылу коэффициентіне қатынасы толқын ұзындығы мен температуралары бірдей болған кезінде абсолют қара дененің спектрлік энергетикалық жарықтылығына тең болады.

. (4.2)

Температура Т кезінде дененің энергетикалық жарықтылығы спектрлік энергетикалық жарықтылығынан бүкіл диапазон бойынша интеграл алу арқылы анықталады:

. (4.3)

4.1 к е с т е – Сәуле шығару пирометриясында қолданылатын шамалар мен тұрақтылар

Шамалар мен тұрақтылар	Белгіленуі	Анықталуы
Сәуле шығару энергиясы,Дж	W	1Дж жұмысқа эквивалент сәуле шығару энергиясы
Сәуле шығару ағыны, Вт		1 Вт қуатқа эквивалент сәуле шығару ағыны
Жарықтың энергетикалық күші, Вт/ср		1 Вт сәуле шығару ағыны 1ср бұрышта тудыратын жарықтың энергетикалық күші
Энергетикалық жарықтылық, Вт/( )		1 беттік ауданынан энергетикалық күші 1 Вт/ср жарық шығарылатын энергетикалық жарықтылық
Спектрлік энергетикалық жарықтылық, Вт/		1 м толқын ұзындығы диапазонында 1 Вт/( ) энергетикалық жарықтылық бірқалыпты үлестірілген дененің спектрлік энергетикалық жарықтылық
Планк тұрақтысы, Дж·с	Һ	Һ=6,6256 Дж·с
Больцман тұрақтысы, Дж/К	k	k=1.38054 Дж/К
Вакуумдағы жарық жылдамдығы, м/с	с	с=2,997925 м/с
Сәуле шығарудың бірінші тұрақтысы, Вт·		С =3,7415 Вт·
Сәуле шығарудың екінші тұрақтысы, м·К		м·К
Стефан-Больцман тұрақтысы, Вт/	σ	Вт/

Т абсолют температура мен энергетикалық жарықтылықтың спектрлік үлестірілуі арасындағы қатынасты Планк заңы тұжырымдайды

, (4.4)

мұндағы С ,С – сәуле шығарудың бірінші және екінші тұрақтылары;

λ – толқын ұзындығы;

Т – абсолют температура.

λТ – ның кіші мәндері үшін (λТ<2 ) Планк формуласы Вин формуласымен ауыстырылады

. (4.5)

λТ – ның үлкен мәндері үшін (λТ>2 ) Планк формуласы Релей-Джинс формуласымен ауыстырылады

. (4.6)

Планк заңының салдары ретінде сәуле шығарудың интегралдық жарықтылығы үшін Стефан-Больцман заңын қолданамыз

. (4.7)

Факт жүзінде - бір стередианға тең кеңістіктік бұрыштағы сәуле шығару қуатын білдіреді.

Жоғарыда айтылған заңдардың бәрі абсолют қара денелер үшін орындалады. Ал нақты денелердің сәуле шығару қабілеті төменірек, және - жұтылу коэффициенті мен - жылулық сәуле шығару коэффициенті толқын ұзындығы мен дененің температурасына тәуелді болады.