5.1. Модель черного тела как электрооптический измерительный преобразователь

5. 1. Модель черного тела как электрооптический измерительный преобразователь

 

Черным телам (ЧТ) как источникам оптического излучения посвящена обширная литература. В качестве пособий, в которых изложены не только основы излучения нагретых тел, но и приводятся сведения о метрологи­ческих особенностях и характеристиках чернотельных излучателей разных точностных рангов, можно рекомендовать в первую очередь [40, 41]. Однако нас интересуют те ЧТ, которые предназначены для воспроизведения единиц световых и энергетических величин и передачи их размеров в фотометрии и радиометрии некогерентного оптического излучения. Поэтому, оставляя вне поля нашего зрения ЧТ, широко применяемые в пирометрии и спектроскопии, рассмотрим ЧТ, специально разработанные и используемые при проведении эталонных измерений в оптической радиометрии. На самом деле оптическая радиометрия имеет дело не с черными телами, а с МЧТ, характеристики излучения которых весьма близки к таковым у абсолютно черного (АЧТ).

 

5. 1. 1. Черные и реальные тела.

 

Понятие черное тело и его основ­ные свойства базируются на фундаментальных законах теплового излуче­ния (Кирхгофа, Вина, Стефана-Больцмана, Планка) и достаточно подробно описаны, например, в [41]. В работе [17] приведены все необходимые для дальнейшего изложения понятия, определения и обозначения.

Черным телом (он же полный излучатель или излучатель Планка) именуется тепловой излучатель, имеющий при заданной температуре для всех длин волн максимальную спектральную плотность энергетической светимо­сти. Он полностью поглощает все падающие на него излучения независимо от длины волны, направления падения и состояния поляризации излучения.

Черное тело потому называется излучателем Планка, что подчиняется закону Планка, выражающему зависимость спектральной плотности энерге­тической светимости ЧТ от длины волны и температуры. Для всего испуска­емого неполяризованного излучения:

 

 

Где — спектральная плотность энергетической светимости; c₁ и c₂ — постоянные излучения; λ — длина волны в метрах; Τ — абсолютная темпера­тура в кельвинах.

Для постоянных излучения приняты следующие выражения:

 

 

причем указанная погрешность для c₁ и c₂ равна утроенному среднему квадратическому отклонению (СКО);

 

Значительно чаще применяется не , а спектральная плотность энергетической яркости (СГ7ЭЯ) неполяризованного излучения и закон Планка записывается в виде

                                (5. 1)

Где — значение телесного угла, равное 1 ср.

В действительности уравнение (5. 1) описывает идеальный полный излу­чатель. Излучательные характеристики реальных тел отличаются от тако­вых у ЧТ, причем отношение энергетической светимости какого-либо тела, обусловленной тепловым излучением, к энергетической светимости ЧТ при той же температуре называется коэффициентом излучения или коэф­фициентом черноты ε [17]. Из закона Кирхгофа следует, что он должен быть равен коэффициенту поглощения. Последний всегда меньше единицы и зависит от λ и Т. Поэтому поверхность любого реального тела обладает в общем случае избирательным или селективным тепловым излучением, т. е. излучением, которое в разной мере отличается от излучения ЧТ при той же температуре в зависимости от длины волны. Однако для многих тел зна­чение ε в пределах какого-то ограниченного спектрального диапазона может быть постоянным, хотя и меньшим единицы. Такое тело называется серым в пределах данного спектрального диапазона.

Излучение реальных тел можно характеризовать так называемыми эквивалентными температурами или, иначе, псевдо температурами, т. е. температурами ЧТ, при которых его излучение по некоторой выбранной харак­теристике совпадает с излучением данного реального тела.

В результате оказалось возможным ввести несколько видов «температур», которые, не будучи истинными температурами излучателя, позволяют опре­делять те или другие его свойства.

Радиационной температурой реального излучателя, имеющего темпе­ратуру Т, называется такая температура Tp АЧТ, при которой его энергетиче­ская светимость  равна энергетической светимости  нечерного тела. Очевидно, что радиационная температура реального тела всегда ниже его истинной температуры.

Яркостная (или черная) температура определяет яркость нагретого реального тела в узком спектральном интервале около некоторой выбранной длины волны  (в пирометрии обычно λ ~ 0, 65 мкм). Яркостной темпера­турой реального излучателя на длине волны , имеющего температуру Т, называется такая температура  АЧТ, при которой СПЭЯ  на этой длине волны  равна  этого реального излучателя на той же .

Цветовой температурой реального излучателя, имеющего температу­ру Т, называется такая температура T_Ц АЧТ, при которой цветности их из­лучений оказываются одинаковыми. Цветовая температура применяется для характеристики спектрального распределения мощности, излучаемой нечер­ным телом в пределах видимого участка спектра.

 

⇐ Предыдущая13141516171819202122Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: