ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ Г л а в а XXXVIII, Излучение атомов и молекул. Спектральные закономерности из "Оптика " Основываясь на законах температурного излучения, мы можем определять температуру раскаленных тел. Если испускающее тето является черным (или достаточно к нему приближается), то для определения его температуры можно воспользоваться законами черного излучения. По существу дела для сильно нагретых тел (выше 2000° С) измерения температуры при помощи термоэлементов, болометров и т. п. не особенно достоверны. Таким образом, в этой области температур и выше единственным надежным способом измерения температуры являются способы, основанные на законах черного излучения. Эти способы проверены не только сопоставлением с данными других термометрических методов в тон области, где последние надежны, но и путем изучения относительного распределения энергии по спектру, что позволяет найти температуру излучателя путем сопоставления экспериментальных данных с теоретическими формулами. [c.701] При измерениях наводят прибор на более или менее отдаленный источник 5 достаточного размера при помощи объектива Ь, позволяющего получить резкое изображение источника на приемнике. Резкость изображения контролируется при помощи окуляра, не показанного на чертеже. При таких условиях энергия, получаемая пирометром, будет пропорциональна яркости источника независимо от расстояния между ними, подобно тому как это имеет место при рассматривании глазом удаленных светящихся источников (см. упражнение 234). Таким образом, показания пиро.метра будут зависеть от яркости, а следовательно, и от температуры наблюдаемого черного тела. Проградуировав предварительно пирометр по черному телу с известной температурой, можно использовать его показания для измерения исследуе.мой температуры. [c.702] В качестве приемника в радиационных пирометрах чаще всего применяют термопару или боло.метр, но существуют также пирометры с биметаллической спиралью, изгибающейся при нагревании, с газовым термо.метром и т. д. Если исследуется не черное тело, то показания радиационного пирометра дают не истинную температуру его, а так называемую радиационную температуру Тг, под которой понимают температуру такого черного тела, суммарная радиация которого равна радиации изучаемого тела. Между истинной температурой тела Т и его радиационной температурой Тг нетрудно установить связь, если известно отношение суммарной нспускательной способности измеряемого тела к испускательнон способности черного тела при той же температуре, т. е. отношение Qт = Ет е.т- По самому определению величина меньше единицы. Она обычно несколько увеличивается с повышением температуры. [c.702] Значения Qт хорошо известны для многих технически важных материалов. Для металлов они невелики (от 0,1 до 0,3), для окислов металлов и для угля Qт значительны (доходя до 0,9). Некоторые из этих значений приведены в табл. 37.1. [c.702] для Солнца с учетом поправок на поглощение в земной атмосфере найдено Ящах = 470 нм, что соответствует температуре 6150 К, если считать Солнце черным телом. Полученные величины и.меют характер средних, ибо для центра солнечного диска получается Яшах несколько меньшее, чем для краев. [c.703] Если излучающее тело не является черным, применение формулы Вина не имеет смысла. Иногда, однако, распределение энергии в спектре таких тел можно практически отождествить с распределением энергии некоторого черного тела температуры Т . В этом случае излучающее тело имеет такой же цвет, как черное тело температуры Тс- Нередко называют определенную таким образом Тс цветовой температурой тела. [c.703] Распределение энергии Солнца и в спектрах черного тела при температурах 6000 и 6500 К. [c.704] Сравнение кривых позноляет считать цветовую температуру Солнца равной 6500 К. [c.704] Слева показано устройство лампы L. [c.705] Если известно отношение яркости излучаемого тела для X = 660 нм к йркости черного тела при той же температуре, то мы можем по яркостной температуре найти и истинную температуру. [c.705] Отношение Одво определено для многих технически важных материалов оно несколько зависит от Т некоторые из этих значений собраны в табл. 37.2. [c.705] Кроме пирометров с исчезающей нитью, существует ряд других приборов для определения яркостной температуры, а через ее посредство — и истинной температуры раскаленных тел. [c.705] Из изложенного в предыдущих параграфах ясно, что использование раскаленного тела в качестве источника света тем более выгодно, чем выше температура этого тела. Действительно, с повышением температуры не только быстро увеличивается общая излучаемая мощность, но растет также относительная доля лучистой энергии, приходящейся на видимую часть спектра. По закону Стефана — Больцмана суммарная интенсивность возрастает для черного тела пропорционально четвертой степени температуры. Но интенсивность более коротковолновых участков спектра растет гораздо быстрее, особенно при не очень высоких температурах. Так, вблизи температуры красного каления общая энергия видимого спектра платины растет пропорционально тридцатой степени температуры и даже вблизи белого каления — все еще пропорционально четырнадцатой степени температуры. Интенсивность желтых лучей возрастает вдвое, когда температура черного тела изменяется от 1800 до 1875 К, т. е. всего на 4%. [c.706] При дальнейшем повышении температуры черного тела излучение, приходящееся на полезную для освещения часть спектра, конечно, растет, но доля его в общей излучаемой энергии падает, так что дальнейшее повышение температуры неэкономно с точки зрения светотехники. [c.707] Излучение нечерных тел, например раскаленных металлов, всегда меньше излучения черных тел. Но световая отдача, т. е. отношение между энергией, полезной для освещения, и ее невидимой частью, для накаленного металла при данной температуре Т может быть выше, чем для черного тела при той же температуре, как видно из кривых, приведенных на рис. 36.7. [c.707] Эти кривые дают распределение энергии по спектру для вольфрама и черного тела с одной и той же температурой, там же приведено отношение ординат обеих кривых (пунктирная линия), которое показывает отношение излучательной способности вольфрама для разных длин волн к излучательной способности черного тела. Из пунктирной кривой видно, что в области видимого света испускание вольфрама составляет около 40% испускания черного тела той же температуры, а в области инфракрасных лучей (около 3 мкм) всего лишь 20%. Такая селективность излучения выгодно отличает вольфрам и в связи с высокой температурой плавления вольфрама делает его наилучшим материалом для изготовления нитей ламп накаливания. [c.707] Из того же рис. 36.7 видно, что хотя вследствие селективности максимум излучения вольфрама смещен несколько в область коротких волн по сравнению с максимумом для черного тела, однако при температуре 2450 К, для которой составлен график, максимум этот лежит еще около 1100 нм, т. е. очень далек от максимума чувствительности глаза (550,0 нм). Поэтому дальнейшее повышение температуры могло бы значительно повысить световую отдачу накаленного вольфрама. [c.707] Большим шагом вперед в деле улучшения осветительной техники явилось предложение Лэнгмюра (1913 г.) наполнять баллоны ламп нейтральным газом, например азотом или, еще лучше, аргоном давление газа достигает примерно /3 ат, и присутствие его сильно замедляет распыление волоска, что позволяет увеличить температуру нити до 3000 К и больше без заметного сокращения срока службы лампы (около 1000 час). При этом сильно повышается световая отдача. Однако общий коэффициент полезного действия лампы равен отношению энергии полезной части спектра к общей энергии, питающей лампу, т. е. приходится учитывать не только потери на невидимое излучение, но также на теплопроводность и конвекцию. Последние виды потерь сильно увеличиваются при заполнении колбы лампы газом, так что газонаполненные лампы в смысле увеличения к. п. д. не имели бы преимущества перед пустотными, хотя свет их был бы приятен для глаз, ибо он ближе подходит к составу дневного ( белого ) света. Уменьшения потерь на охлаждение можно достигнуть, заменив прямой волосок тонкой спиральной нитью, отдельные витки которой обогревают друг друга. Именно так и осуществляются современные экономические лампы накаливания, к. п. д. которых значительно выше, чем у пустотных ламп. [c.708] Значительно больше световая отдача электрических дуг, положительный кратер которых имеет температуру около 4000 К. В дугах интенсивного горения, (сила тока до 300 А) температура кратера достигает 5000 К, а в дугах под давлением около 20 ат Люммеру удалось довести температуру кратера до 5900 К, т. е. получить источник, близкий по своим световым свойствам к Солнцу. В обычных дугах главная часть излучения (от 85 до 95%) излучается положительным кратером, около 10% — катодом и лишь 5% приходится на свечение облака газов между электродами. В дугах интенсивного горения, в которые вводятся тугоплавкие соли некоторых элементов с большой испускательной способностью (редкие земли), роль облака повышается и на долю кратера приходится всего 40—50% общего излучения. Хотя, по-видимому, в таких дугах излучение носит почти исключительно тепловой характер, все же в силу большой селективности излучения элементов, вводимых в состав облака, световая отдача подобных источников оказывается выше, чем для раскаленного угля и металлов. [c.709] Вернуться к основной статье