Оптическая пирометрия. Пирометр с исчезающей нитью.

Для сильно нагретых тел измерения температуры при помощи термоэлементов, болометров не особенно достоверны. Таким образом, единственным надежным способом измерения температуры являются способы, основанные на законах черного излучения..

Радиационные пирометры и радиационная температура.

Считая постоянные законов Больцмана () и Вина (b) надежно установленными, мы можем, пользуясь ими, измерять и более высокие температуры, чем те, для которых они были непосредственно измеряны. При использовании закона Больцмана надо со всеми предосторожностями измерить суммарное излучение, посылаемое к приемному аппарату, учитывая величину телесного угла, действующего излучения, потери на отражение и поглощение в приборе. Устройство этих так называемых радиационных пирометров сводится к возможности проектировать изображение источника на приемник аппарата так, чтобы приемник s всегда был полностью покрыт изображением источника и излучение входило в прибор под постоянным телестным углом, определяемым размерами прибора.

В качестве приемника в радиационных пирометрах чаще всего применяют термопару или болометр, но существуют также пирометры с биметаллической спиралью, изгибающейся при нагревании, с газовым термометром и т.д. Если исследуется не черное тело, то показания дают радиационную температуру , под которой понимают температуру такого черного тела, суммарная радиация которого равна радиации изучаемого тела.

Между истинной температурой тела и его радиационной температурой можно установить связь, если известно отношение суммарной испускательной способности измеряемого тела к испускательной способности черного тела при той же температуре, т.е.

Зная и радиационную температуру нагретого металла можно найти истинную температуру из соотношения . Т.к. всегда меньше единицы, то радиационная температура тела всегда меньше его истинной температуры.

Цветовая температура и распределение энергии в спектре излучающего тела.

Если найдено распределение энергии в спектре черного тела, то известно положение максимума на кривой энергии и температуру можно определить на основании закона смещения Вина при помощи соотношения

Если излучающее тело не является черным, применение формулы Вина не имеет смысла. Иногда распределение энергии в спетре таких тел можно отождествить с распределением энергии некоторого черного тела температуры . В этом случае излучающее тело имеет такой такой же цвет, как черное тело температуры . Нередко называют определенную таким образом цветовой температурой тела.

Для тел, характер излучения которых сильно отличается от излучения черного тела понятие цветовой температуры не имеет смысла, ибо цвет таких тел можно только очень грубо воспроизвести при помощи черного тела. В тех случаях, когда определение цветовой температуры возможно для ее отыскивания необходимо произвести исследование распрелеления энергии в спектре при помощи соответствующих спектральных приборов.

Для нахождения истинной температуры по цветовой температуре нечерного цвета надо знать монохроматическую испускательную способность его для разных длин волн.

Яркостная температура и пирометр с исчезающей нитью.

Найболее распространенный способ оптического определения темпаратуры основывается на сравнениии излучения нагретого тела в одном определенном спектральном участке с излучением черного тела с той же длиной волны.

Оптический пирометр с исчезающей нитью состоит из зрительной трубы с объективом О1 и окуляром О2. Труба наводится на источник излучения. Изображение спирали получается в фокальной плоскости объектива О1. В этой же точке получается электрическая лампочка. L.Красный светофильтр СК пропускает почти монохроматичевкий свет исследуемого источника и лампы. Эталонная лампочка питается током от аккумуляторной батареи. Накал нити регулируется мостом R по средствам кольца К, находящегося на передней части пирометра. Падение напряжения на лампочке регулируется вольтметром V, вмонтированный в пирометр. СО – ослабляющий светофильтр.

 

При измерении температуры регулируют ток в нити до тех пор, пока последняя не исчезает на фоне изображения. При этой силе тока I яркости излучения нити и источника для нм. совпадают и их испускательные способности. Если бы источник был черным телом, то найденая температура характеризует температуру черного тела, имеющего для н.м. ту же яркость, что и излучаемое тело при условиях наблюдения. Поэтому носит название яркостной температуры источника.

Связь между яркостной и истинной температурами: , где

В зависимости от метода наблюдения мы определяем оптически одну из трех условных температур: радиационную (), цветовую () или яркостную ().

 

33. Фотоны. Опыты по обнаружению фотонов: опыты Бате, Вавилова. Интерференция фотонов. Корпускулярная интерпретация опытов Юнга.

А. Эйнштейн в 1905г. показал, что явление фотоэффекта и его закономерности могут быть объяснены на основе предположенной им квантовой теории фотоэффекта. Согласно Эйнштейну, свет частотой υ не только испускается, как это предполагал Планк, но и распространяется в пространстве и поглощается веществом отдельными порциями (квантами), энергия которых ε₀=hυ. Таким образом, распространение света нужно рассматривать не как непрерывный волновой процесс, а как поток локализованных в пространстве дискретных световых квантов, движущихся со скоростью с распространение света в вакууме. Эти кванты электромагнитного излучения получили название фотонов. Опыт Вавилова: в неосвещённой комнате с небольшим отверстием в стене, находится человек. С другой стороны отверстие закрыто клиньями так, что не пропускает свет. Сначала клинья выведены на максимальную толщину. Затем с малой скоростью разводятся клинья и через некоторое время человек воспринимает вспышку, и подают сигнал. При ещё меньшей толщине фотоны идут потоком.

Позже был проведён опыт Бате: бралась абсолютно зеркальная система и источник. Если направить слабый световой поток, то окажется, что отражатель будут давать сигнал на ленту. Сигналы попадают на обе стороны ленты относительно отражателя, но они не совпадают. Если это была волна, то сигналы с обеих сторон совпадали.

Интерференция фотонов.

Описываются интерференционные опыты при малых интенсивностях светового потока, из которых делается вывод о существовании явления интерференции при наличии лишь одного фотона. Обсуждается интерпретация явлений интерференции в рамках корпускулярных представлений.

1) Если световой поток представить как поток фотонов, то необходимо допустить, что концентрация фотонов в потоке пропорционально квадрату амплитуды напряжённости электрического поля волны ().

2) Нельзя представить интерференцию как процесс «суперпозиции фотонов».

При использовании представления о фотонах образования центров проявления объясняется поглощения фотонов частицами галоидного серебра. Частица галоидного серебра равномерно распределяются по объёму само чувствительного слоя. Вероятность поглощения фотона галоидной частицей для фотонов фиксированной частоты может считаться постоянной. Число поглощённых фотонов в некотором физически бесконечно малом объёме пропорционально произведению числа частиц галоидного серебра в этом объёме, вероятности поглощения фотона и концентрации фотонов. «Почернения» объёма, с одной стороны, пропорционально числу поглощённых фотонов, а с другой стороны интенсивности интерференционной картины.

Отсюда заключаем, что концентрация фотонов в стоячей волне пропорционально , т. е. изменяется на длине стоячей волны и определяется квадратом амплитуды колебаний вектора напряжённости электрического поля в соответствующих точках стоячей волны.

Поглащения фотона частицей галоидного серебра обозначает физическое обнаружения фотона в области этой частицей. Поглащения фотона галоидной частицей является случайным процессом и может описываться лишь вероятносными методами. Изложенные рассуждения позволяют сделать заключение, что плотность вероятности обнаружить фотон вблизи координаты z пропорциональна квадрату амплитуды напряжённости электрического поля волны. Этот вывод важен для корпускулярной интерпритации интерференции электромагннитных волн, но не означает, что фотон обладает координатами и движется по какой-то траиктории.