Совокупность оптических (бесконтактных) методов измерения температуры называется пирометрией.

А приборы для измерения температуры нагретых тел по интенсивности их теплового излучения в оптическом диапазоне спектра называют пирометрами.

В зависимости от того, какой закон теплового излучения используется для измерения температуры тел, различают: радиационную, цветовую, яркостную температуры.

 

1. Радиационная температура – это такая температура черного тела, при которой его энергетическая светимость равна энергетической светимости исследуемого тела.

Т.е. регистрируется энергетическая светимость исследуемого тела и по закону Стефана–Больцмана вычисляется его радиационная температура:

	,	(38.1)
	,	(38.2)
	.	(38.3)

Для , а  для нечерного тела тогда:

,

(38.4)

т.е. истинная температура Т больше Т_рад . Значение а_Т для различных излучателей есть в таблице.

При Т=1500 К, а_{Т вольф.} = 0,15

Т=3000 К, а_{Т вольф.} = 0,32

Серое тело – тело, поглощающая способность которого меньше 1, но одинакова для всех частот и зависит только от Т, материала и состояния поверхности тела.

.

Цветовая температура

Для серых тел, или тел близких к ним по свойствам, спектральная плотность энергетической светимости равна:

, где

Следовательно, распределение энергии в спектре излучения серого тела такое же, как и в спектре черного тела, имеющего туже температуру, поэтому к серым телам применим закон смещения Вина.

Зная длину волны λ_max, соответствующую максимальной спектральной плотности энергетической светимости  исследуемого тела, можно определить его температуру:

.

(38.5)

Эта температура называется цветовой.

Для серых тел цветовая температура совпадает с истинной.

Температура на поверхности Солнца и звезд – цветовая.

 

Яркостная температура

Яркостная температура –Т_я – это температура черного тела, при которой для определенной длинны волны его спектральная плотность энергетической светимости равна спектральной плотности энергетической светимости исследуемого тела:

, где Т – истинная температура.

.

(38.6)

Для нечерных тел ,то ,

Истинная температура больше яркостной.

Яркостная пирометрия

 

Наибольшее распространение получил метод определения температуры, основанный на сравнении излучения светящегося тела с излучением АЧТ на одном и том же одинаковом узком участке спектра Δλ.(λ≈660нм).

Рис.39.1. Схема пирометра с исчезающей нитью

 

Схема пирометра с исчезающей нитью показана на рисунке 39.1., где:

Л – нить лампочки

ОБ – объектив

Ф – светофильтр, пропускающий лишь красные лучи

Р – реостат

ОК – окуляр.

Наблюдая через окуляр, с помощью реостата подбирают такую t ⁰ накала нити, чтобы ее яркость совпадала с яркостью излучателя (нить исчезает, т.е. становится неразличимой на фоне изображения).

Тепловые источники света.

В 1873 г. изобретена лампа накаливания А.Н. Лодыгиным, дуговая лампа – 1876 г. – П.Н. Яблочковым – русским ученым.

Кажется, что АЧТ должны быть наилучшими тепловыми источниками, т.к. их спектральная плотность энергетической светимости для любой длины волны больше спектральной плотности энергетической светимости нечерных тел, взятых при одинаковых температурах.

Лучшими тепловыми источниками являются источники, обладающие селективным излучением в видимой области спектра.

 Например, вольфрам, он обладает селективным излучением в видимой области спектра, даже больше чем АЧТ Он используется при изготовлении нитей накаливания в лампах. Температура вольфрамовой нити в вакуумных лампах не должна превышать  т.к. при более высоких температурах происходит сильное распыление нити. Максимум излучения при этой температуре соответствует , т.е. далек от максимума чувствительности человеческого глаза  при

Заполнение баллонов лампы инертным газом приводит к увеличению температуры нити до 3000 К и уменьшению спектрального состава излучения.  η лампы накаливания ≤ 5℅.

Для уменьшения потерь энергии за счет теплообмена и повышения светоотдачи газонаполненных ламп нить изготавливают в виде спирали, отдельные витки которой обогревают друг друга

Пример.

1. Максимум спектральной плотности энергетической светимости r_λ,Τ звезды Артур приходится на λ_m=580нм.

Считая звезду АЧТ, найти Т поверхности звезды.

Дано: λmax=580·10^-9м b=2,90·10^-3м	Решение:
Т=?

 

4. Диаметр вольфрамовой спирали в электрической лампочке равен 0,3 мм, длина спирали 5 см. При включении лампочки в цепь напряжением в 127 В через лампочку течет ток силой 0,31 А. Найти температуру лампочки t₁, если .

Вопросы для повторения

1. Какова особенность теплового излучения, выделяющая его из все известных видов излучения?
2. Каково отличие между черным и серым телами?
3. Каков физический смысл универсальной функции Кирхгофа?
4. Как раз изменится энергетическая светимость черного тела, если его термодинамическая температура увеличится вдвое?
5. Как сместится максимум спектральной плотности энергетической светимости  черного тела при понижении температуры?
6. С помощью какого закона теплового излучения можно объяснить переход белого каления в красное?