3 модуль

1, Теплове випромінювання — спільний процес конвекції і теплопровідності, при якій враховується температура всіх тіл, які мають температуру вище абсолютного нуля. Тобто це електромагнітне випромінювання з безперервним спектром, що випускається нагрітими тілами за рахунок їх теплової енергії., це є свічення тіл, зумовлене нагріванням.

Залежно від температури тіла, що випромінює, теплове випромінювання може належати різних діапазонів згідно із законом зміщення Віна, але синонімом даного терміну часто називають інфрачервоне випромінювання. Характеристики теплового випромінювання (всі залежать від температури):

— енергетична світність тіла(інтегральна випромінювальна здатність)

— спектральна випромінювальна здатність

— інтегральна поглинальна здатність

— спектральна поглинальна здатність

Відношення випромінювальної здатності до поглинальної здатності тіла не залежить від природи тіла, є функцією довжини хвилі тіла і температури.

Чим більше тіло поглинає певного (електромагнітного)випромінювання, тим більше воно випромінює тих самих хвиль при тій самій температурі.

Абсолю́тно чо́рне ті́ло — фізична абстракція, що вживається у термодинаміці; тіло, яке цілком поглинає проміння (всіх довжин хвиль), що падає на нього. Не зважаючи на назву, абсолютно чорне тіло може випускати теплове випромінювання. Спектр випромінювання абсолютно чорного тіла визначається тільки його температурою. Практичною моделлю чорного тіла може бути порожнина з невеликим отвором і зачорненими стінками, оскільки світло, що потрапляє крізь отвір в порожнину, зазнає багатократних віддзеркалень і сильно поглинається. Глибокий чорний колір деяких матеріалів (деревного вугілля, чорного оксамиту) і зіниці людського ока пояснюється тим же механізмом.

Термін введений Густавом Кірхгофом у 1862 році.

Закон випромінювання Планка

Детальніше: Закон випромінювання Планка

Інтенсивність випромінювання абсолютно чорного тіла залежно від температури й частоти визначається законом Планка:де — потужність випромінювання на одиницю площі поверхні випромінювання на одиницю тілесного кута у діапазоні частот

Закон Стефана-Больцмана

2,3 Законы Вина и Стефана-Больцмана.

На рисунке видно, что планковские кривые для всех температур имеют максимум. Взяв производную от функции Планка и приравняв ее к нулю, мы найдем значение λmax, при котором для данной температуры излучается максимум энергии. Он приходится на длину волны λmax=0,0029/Т. Это соотношение называют законом смещения максимума излучения Вина: с увеличением температуры максимум излучения абсолютно черного тела смещается в коротковолновую область спектра. Так, для Солнца Т = 5 800 К, и максимум приходится на длину волны λmax ≈ 500 нм, что соответствует желтому цвету в оптическом диапазоне. Именно поэтому мы видим наше Солнце желтым. Если бы температура поверхности Солнца была равна 5550 К, то мы бы видели наше светило зеленым.

От температуры зависит не только цвет излучения, но и его мощность. Мощность излучения абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени температуры (закон Стефана-Больцмана). Каждый квадратный метр поверхности тела за одну секунду излучает по всем направлениям на всех длинах волн энергию ε=σТ4, σ – постоянная Стефана-Больцмана. Энергия ε численно равна площади, ограниченной кривой Планка и осью абсцисс. Получить выражение закона Стефана-Больцмана можно, проинтегрировав формулу Планка по λ от 0 до ∞.

Оптична пірометрія – це низка методів оптичного, тобто безконтактного вимірювання температури. Практично всі без виключення оптичні методи базуються на вимірюванні інтенсивності теплового випромінювання, в деяких випадках – на показниках поглинання тепла різних тіл.

Враховуючи, що інтенсивність випромінювання в тепловому діапазоні має властивість різко знижуватися зі зменшенням температури тіла, методи оптичного вимірювання застосовуються стосовно високих та надвисоких температур. Якщо при температурах до 1 000°С такі методи виступають допоміжними, то вище цієї температури вони стають вже визначальними, а при температурах вище 3 000° оптичне вимірювання стає єдино можливим. Це пов'язано саме з тим, що таке вимірювання не вимагає наявності контакту датчика приладу з тілом, температура якого вимірюється.

Такими приладами як пірометр вимірюється температура у печах та нагрівальних установках, температура розплавлених металів та виробів з них, зокрема, металічного прокату. Ними вимірюється температура вогню різного походження, температура нагрітих газів та плазми. Існує основна вимога, за умови виконання якої пірометри можуть адекватно використовуватися в промислових та лабораторних умовах. А саме, випромінювання тіл, вимірювання температури яких проводиться, повинно бути тепловим, тобто, в загальному розумінні, підпадати під правило випромінювання Кірхгофа. Як правило, і рідини, і тверді тіла задовольняють цим вимогам, однак, коли йдеться про газ або високотемпературну плазму, виконання умови щодо відповідності правилу випромінювання Кірхгофа слід перевіряти окремо.

Пірометри розділяються на класи відповідно до кількох основних ознак: за ознакою спектрального діапазону, в якому вони працюють, за температурним діапазоном, який вони здатні вимірювати і в рамках якого демонструють достатній рівень точності вимірювання (низько- та високотемпературні), та за способом виконання приладу (переносний чи стаціонарний). В рамках спектрального діапазону оптичний пірометр може бути радіаційним (ще його називають пірометром повного випромінювання, оскільки він оцінює температуру в широкій смузі спектрального випромінювання), таким, що працює за показником яскравості (порівнює колір розпеченого тіла з кольором еталонної нитки) або хроматичним (інакше – мультиспектральним: порівнюють його теплове випромінювання у різних спектрах).

Одним з найбільш ефективних і практичних прикладів пірометра став інфрачервоний пірометр, на який само поняття «пірометру» також було поширено відносно нещодавно, оскільки первісно цей термін торкався лише приладів, що вимірювали теплове випромінювання лише у видимому для людині діапазоні. Такого типу прилад більш точно називати інфрачервоним радіометром, також часто можна почути назву термометр інфрачервоний, що має дещо «побутовий» характер. Особливість цього різновиду оптичних пірометрів полягає в тому, що вони здатні вимірювати дуже низькі температури, зокрема, навіть до 0°С і навіть нижче.