Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра физики Методическое указание к лабораторной работе № 6 – о. Изучение законов теплового излучения.

Составители:	А.И.Горковенко
	П.Ю. Третьяков
	И.Г. Фатеев

Т Ю М Е Н Ь 2004 г.

Лабораторная работа № 6-о. Изучение законов теплового излучения.

Цель работы:	Знакомство с пирометрическим методом измерения высоких температур. Определить постоянную Стефана-Больцмана.
Принадлежности	оптический пирометр ОППИР-017, источник постоянного тока /аккумуляторы/, источник света - лампа, реостат, вольтметр, амперметр.

КРАТКАЯ ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

^{Для измерения температур раскаленных тел используется так называемые пирометрические методы, основанные на применении законов теплового излучения.}

^{Тепловым излучением называется электромагнитное излучение, обусловленное тепловым движением атомов и молекул вещества, т.е. за счет его внутренней энергии. Только тепловое излучение может находиться в термодинамическом равновесии с самим излучающим телом.}

^{Электромагнитные излучения, обусловленные химическими, электромагнитными и другими процессами, не являются тепловыми и не могут находиться в термодинамическом равновесии с излучающим телом.}

^{Любой поток световой /электромагнитной/ энергии, падающий на поверхность тела, в общем случае частично отражается от нее , частично проходит через тело, а остальная часть поглощается. Поглощенная энергия преобразуется чаще всего в энергию теплового движения молекул и атомов, поэтому тела, поглощающие лучи, нагреваются. В свою очередь, все тела испускают лучистую энергию в виде электромагнитных волн различной длины. Интенсивность излучения возрастает с повышением температуры. Кроме того, в спектре излучения наблюдается неравномерное распределение энергии по длинам электромагнитных волн.}

Доля энергии, приходящаяся на различные участки спектра , за- висит от температуры излучающего тела. Например, при температуре 9001000К наибольшая энергия излучения приходится на инфракрасные и красные участки спектра. При дальнейшем нагревании увеличивается доля энергии, приходящейся на видимые лучи.

Для характеристики теплового излучения используются следующие физические величины:

1. Поток энергии Ф, т.е. количество энергии, излучаемое в единицу времени /мощность излучения/ и измеряемое в ваттах

, .

2. Поток энергии, испускаемой единицей поверхности излучающего тела по всем направлениям, называют энергетической светимостью тела или интегральной плотностью излучения

, .

3. Спектральная плотность излучения - это поток энергии, испускаемый единицей поверхности тела в интервале длин волн /лучеиспускательная способность тела/

, .

Зная лучеиспускательную способность тела в каждом спек- тральном участке, можно вычислить интегральную плотность излучения, просуммировав по всем длинам волн:

.

4. Поглощательная способность тела - это отношение поглощенного потока к падающему , т.е.

.

Для тела, полностью поглощающего падающее на него излучение всех длин волн при любой температуре, . Такое тело называется абсолютно черным. Тело, для которого поглощательная способность меньше единицы, но одинакова для всех длин волн и зависит только от температуры, материала и состояния поверхности тела, называют серым. Следовательно, для серого тела .

Тепловое излучение, как равновесное излучение, должно подчиняться некоторым закономерностям, вытекающим из принципов термодинамики. Рассмотрим эти закономерности, т.е. законы теплового излучения.