Излучательность излучения

Переход квантовой системы из возбужденного состояния в основное может быть осуществлен как самопроизвольно, так и под влиянием внешних воздействий. В первом случае переход называют спонтанным, во втором — индуцированным (или вынужденным). Вынужденные переходы могут происходить, например, под действием фотонов, энергия которых hv—E —Ei (здесь 2 —энергия возбужденного состояния, Е[ — энергия основного состояния). Как спонтанные, так и индуцированные переходы могут быть излучательными. Излучение, возникающее при спонтанных переходах, называют спонтанным, а при вынужденных — индуцированным (или вынужденным). [c.316]

Рез льтаты экспериментальных исследований переноса излучения в концентрированных дисперсных системах позволяют сделать вывод, что при описании радиационного теплообмена в этих системах необходимо исследовать допустимость аддитивного представления различных процессов переноса и условия, при которых оно применимо, а также зависимость излучательных характеристик системы от свойств частиц и распределения температуры. Независимость степени черноты от структуры дисперсной среды позволяет выбрать достаточно простую модель систе.мы, [c.140]

Определить, какую долю излучения, падающего от абсолютно черного источника, будет отражать поверхность полированного алюминия при температуре / = 250° С, если известно, что при этой температуре излучательная способность поверхности Е= = 170 Вт/м . Температура источника черного излучения равна температуре поверхности алюминия. [c.185]

Излучательную способность в полусферу для окисленной меди можно выразить через интенсивность излучения [c.188]

В гл. 1 отмечалось, что визуальными измерениями температуры пользовались уже в конце 19-го столетия. Такой способ измерения был введен в МТШ-27. Уже с самого начала стало ясно, что пирометр монохроматического излучения представляет собой удобный, высоко воспроизводимый и точный прибор измерения температуры. Доступность ламп с угольной, а позднее с вольфрамовой нитью привела к созданию пирометра с исчезающей нитью. Хотя характеристики ламп с вольфрамовой нитью во многих отношениях были существенно лучше характеристик угольных ламп, последние продолжали использоваться в пирометрах с исчезающей нитью для измерения низких, до 650 °С температур вплоть до 1940 г. Преимущество угольной нити в этом случае связано с ее большой излучательной способностью, а следовательно, и хорошими цветовыми характеристиками, когда она рассматривается без цветного фильтра на фоне изображения черного тела. [c.310]

Проблема детектора теплового излучения неотделима от вопроса об излучательных свойствах источника излучения. Спектральные характеристики излучения черного тела, как будет показано, описываются законом Планка. Проинтегрированный по всем длинам волн закон Планка приводит к закону Стефана — Больцмана, который описывает температурную зависимость полного излучения, испущенного черным телом. Если бы не было необходимости учитывать излучательные свойства материалов, оптический термометр был бы очень простым. К сожалению, реальные материалы не ведут себя как черное тело, и в законы Планка и Стефана — Больцмана приходится вводить поправочные факторы, называемые коэффициентами излучения. Коэффициент излучения зависит от температуры и от длины волны и является функцией электронной структуры материала, а также макроскопической формы его поверхности. [c.311]

Выше было рассмотрено излучение, существующее внутри полости черного тела, и излучение, которое выходит из малого отверстия в стенке такой полости. Все это было сделано без учета особенностей излучательно-поглощательных процессов. [c.320]

Хотя отношение коэффициентов Эйнштейна было известно, сами значения А и В не могли быть вычислены без развития квантовой механики. В 1927 г. Дирак показал, как это в принципе можно осуществить. Методы, использованные для выполнения таких вычислений, не просты, и интересующийся читатель отсылается за подробностями к работам по квантовой механике (см., например, [78]). Прямые вычисления излучательных и поглощательных свойств реальных материалов в общем случае чрезвычайно сложны и для термометрии бесполезны. Однако атомный аспект теплового излучения позволяет воспользоваться соотношением между коэффициентами Эйнштейна, чтобы получить полезное различие между квантовой и классической областями. [c.321]

К сожалению, значения атомных констант таковы, что видимое излучение для оптической термометрии является квантовым процессом, и поэтому излучательные свойства материалов в этой области не могут быть вычислены из первых принципов. Как будет показано в данной главе, для преодоления этих трудностей приходится применять различные окольные пути. Более того, предыдущее обсуждение может создать впечатление, будто процесс излучения — настолько сложная и плохо изученная проблема, что даже экспериментальные измерения являются трудными. Действительно, непосредственные измерения излучательной способности сопряжены с трудностями, но выход из затруднения указывает закон Кирхгофа. [c.322]

К равенству единице отношения излучательной способности к поглощательной только в условиях черного тела, т. е. при равенстве излучательно-поглощательных условий. Второе определение утверждает, что полное поглощение — это индуцированное поглощение минус вынужденное излучение, т. е. вынужденное излучение рассматривается как отрицательное поглощение. Полное излучение — это просто спонтанное излучение. Это второе определение, по-видимому, справедливо для любых условий теплового излучения независимо от того, существует или не существует равновесие. Кроме того, второе определение лучше соответствует экспериментальному определению поглощения. Экспериментально нет возможности отделить индуцированное поглощение от вынужденного излучения. [c.326]

Точность, с которой расчет отражает реальное поведение изотермической полости, почти всегда ограничена недостатком знания отражательных свойств стенки. На практике наиболее существенным ограничивающим фактором, как правило, является температурная неоднородность, приводящая к неопределенности температуры, которая должна быть приписана испущенному излучению. Это почти всегда имеет место в полостях с достаточно высокой излучательной способностью, т. е. [c.328]

Продолжать исследование вопроса об излучательной способности зеркально отражающих полостей не имеет смысла, поскольку такие условия в термометрии встречаются редко. При высоких температурах чрезвычайно трудно сохранить зеркально отражающую поверхность. На полированной металлической поверхности, если держать ее достаточно долго при высокой температуре, всегда будут развиваться канавки на гранях зерен, а иногда и зернистая шершавость поверхности. Поэтому расчеты коэффициентов излучения полостей предпочтительнее выполнять для диффузного отражения. Вычисления для зеркальных условий в конических и цилиндрических полостях с наклонной или конической задней стенкой приводят к значениям излучательной способности, которые заметно превышают излу- [c.342]

Важно отметить, что рассмотренная здесь излучательная способность представляет собой коэффициент излучения задней стенки. Присутствие перегородок существенно видоизменяет выражение для Ва(х), приведенное в уравнении (7.57). В частности, увеличивается член с ри,, так как приходит прямое отражение от гладкой поверхности перегородок, которые приблизительно перпендикулярны оси. Таким образом, эта конструкция полости предназначена для работы с оптическими системами, которые визируют только заднюю стенку. Для широкоугольных оптических систем перегородки должны начинаться со значений х вне крайних лучей конуса прямого зрения. [c.346]

Полость сделана большой, чтобы при визировании нижней части цилиндра и обращенного конуса ее излучательная способность для теплового излучения при 273 К превышала 0,9999. Область длин волн, на которую приходится основная часть излучения при этой температуре, простирается от 2 до 200 мкм. На излучение за пределами этой области приходится лишь 0,1 % от полной энергии излучения. Температура полости измерялась восемью прецизионными платиновыми термометрами сопротивления, прикрепленными к различным частям полости. Однородность температуры в цилиндрической и конической частях была лучше, чем 1 мК. Внутренняя поверхность полости покрыта черной краской ЗМ-С-401, оптические свойства которой известны до длины волны 300 мкм. Вплоть до длины волны 30 мкм коэффициент отражения краски меньше 0,06. Таким образом, излучательная способность полости с достаточной степенью точности определяется только членом с р в уравнении (7.56) для углов падения больше 80° при всех длинах волн чернение приводит к преимущественно зеркальному отражению. [c.347]

Очевидное различие между излучением, испущенным вольфрамовой лентой, и излучением черного тела связано с зависимостью излучательной способности вольфрама от длины волны (рис. 7.17). Соответственно спектральная яркостная температура оказывается функцией длины волн. Спектральная яркостная температура 7д ленты, имеющей излучательную способность е(к, Т) и наблюдаемой через стекло с коэффициентом пропускания определяется формулой [c.350]

Излучательная способность самой центральной втулки достаточно высока, примерно 0,95. Тем не менее излучение, [c.363]

Отсюда видно, что при данной относительной точности измерения Q чувствительность пирометра отношения АГ тем больше, чем сильнее различаются между собой и ч. Например, чтобы достигнуть точности 1 К при 1200 К, используя длины волн 650 и 750 нм, требуется точность измерения в 1 %, что не представляется слишком трудным. Из этого, однако, следует, что требуется такая же точность и для Я г), а этого достичь значительно труднее. Существует совсем немного реальных поверхностей, для которых относительная излучательная способность известна с погрешностью 1 % при этих двух длинах волн. Однако для полости, коэффициент излучения которой высок, но не известен точно, метод можно применить, поскольку при этих условиях изменение коэффициентов излучения с длиной волны весьма мало. [c.386]

Излучение газообразных тел резко отличается от излучения твердых тел. Одноатомные и двухатомные газы обладают ничтожно малой излучательной и поглощательной способностью. Эти газы считаются прозрачными для тепловых лучей. Газы трехатомные (СО2 и НаО и др.) и многоатомные уже обладают значительной излучательной, а следовательно, и поглощательной способностью. При высокой температуре излучение трехатомных газов, образующихся при сгорании топлив, имеет большое значение для работы теплообменных устройств. Спектры излучения трехатомных газов, в отличие от излучения серых тел, имеют резко выраженный селективный (избирательный) характер. Этн газы поглощают и излучают лучистую энергию только в определенных интервалах длин волн, расположенных в различных частях спектра (рис. 29-6). Для лучей с другими длинами волн эти газы прозрачны. Когда луч встречает [c.472]

Анализ приведенных уравнений показывает, что излучательная способность газов не подчиняется закону Стефана — Больцмана. Излучение водяного пара пропорционально Т , а излучение углекислого газа — [c.474]

Действительно, уменьшение излучательной способности будет не беспредельно и, достигнув определенной величины, вновь начнет возрастать. Об этом свидетельствуют многие экспериментальные данные по степени черноты, полученные в зависимости от температуры для ряда тугоплавких соединений. Объяснение такого рода дает классическая электродинамика, рассматривающая излучение как результат взаимодействия электромагнитной волны с веществом. Если сообщить металлу и диэлектрику одинаковое количество тепловой энергии, то в металле энергия расходуется на возбуждение электронов и, следовательно, ведет к росту интенсивности излучения в диэлектрике часть энергии идет на изменение величины дипольного момента, т. е. наблюдается относительное уменьшение излучательной способности. Такой [c.66]

При малых значениях Т интенсивность излучения зависит от Еа, т. е. от суммы дипольных моментов. С увеличением Т интенсивность падает, так как уменьшается второе слагаемое, стоящее в скобках. Когда кТ станет равным Еа, интенсивность стабилизируется и уменьшение излучательной способности прекратится. Дальнейшее возрастание температуры повлечет за собой изменение агрегатного состояния вещества, и поэтому нужно рассматривать излучательную способность нового состояния. [c.70]

В ряде работ [83] определение излучательной способности проводилось на установках, в которых термоприемник помещался внутри цилиндра (рис. 6-29). Это позволило определять интегральное значение е(Т) исследуемого образца без применения ограничивающих оптических элементов. Приемник излучения представляет собой дифференциальную термопару, к спаям которой для увеличения приемной поверхности приварены тонкие пластинки, покрытые сажей. [c.166]

Выше о1мечалось, что излучение газов носит объемный характер. Способность газа излучать энергию изменяется в зависимости от плотности и толщины газового слоя. Чем выше плотность излучающего компонента газовой смеси, ои-ределяемая парциальным давлением р, и чем больше толщина слоя 1 аза /, тем больше молекул принимает участие в излучении и тем выше его излучательная способность и коэффициент погло1цения. Поэтому степень черноты газа е, обычно представляют в виде зависимости от произведения р1 ими приводят в номограммах [15]. Поскольку полосы излучения диоксида углерода и водяных паров не перекрываются, степень черноты содержащего их топочного газа в первом приближении можно считать по формуле [c.96]

Расчет излучательных характеристик элементарного слоя, когда задано собственное излучение образующих его частиц, представляет самостоятельный интерес. При этом оказывается возможным определение двух характеристик степени черноты элементарного слоя в неизотермичных условиях и эффективной излучатель-ной способности поверхности частицы в дисперсной среде. Эти характеристики можно вычислить, если известны компоненты потока в элементарном слое [178]. [c.155]

Результаты расчетов излучательной способности элементарного слоя по формуле (4.28) совпадают с вычисленными ранее по поглощению внешнего йзлуче-ния значениями е<. Формулы (4.26) — (4.28) позволяют определить степень черноты двумерной дисперсной системы, образованной излучаюш,ими частицами, при условии, что нельзя использовать данные по отражению внешнего излучения. Поскольку предполагается, что модель дисперсной среды образована серыми частицами, для кото рых справедлив закон Кирхгофа, равенство поглощательной способности at и степени черноты б( свидетельствует о правильности модели и соответствующих уравнений. [c.157]

Начнем с описания теории излучения черного тела, за которым последует обсуждение различных методов вычисления коэффициентов излучения полостей, близких к черному телу, и обсуждение практической реализации таких полостей. После этого рассмотрим вольфрамовые ленточные лампы как воспроизводимый источник теплового излучения для термометрии. На этой основе мы ознакомимся с термометрией излучения, реализацией МПТШ-Б8 выше точки золота, измерением термодинамической температуры, методами измерений при неполных данных об излучательной способности поверхности и, наконец, термометрией излучения полупрозрачных сред. [c.311]

Таким образом, при больших значениях квантовых чисел мы оказываемся в области Рэлея — Джинса, где плотность излучения пропорциональна 7 в соответствии с классической электромагнитной теорией. Излучение в этой области, однако, почти полностью связано с вынужденным испусканием. Таким образом, вынужденное излучение ведет себя как классический процесс и может быть вычислено в соответствии с классической механикой. Именно поэтому излучательная способность металлов в дальней инфракрасной области весьма близко подчиняется простым соотношениям Друде — Зенера. По этой же причине в электронной технике так успешно используются уравнения Максвелла. [c.322]

Таким образом, для тела, находящегося в равновесии внутри замкнутой полости, поглощательная епособность данного элемента поверхности для данной длины волны, данного состояния поляризации, данного направления в пределах данного телесного угла должна равняться излучательной способности для излучения с точно такими же параметрами. [c.323]

Для коэффициентов излучения, отражения, поглощения и пропускания мы будем использовать обозначения е, р, а и т соответственно. Термины коэффициент излучения , коэффициент отражения и т. д. относятся к реальным поверхностям и включают эффекты геометрии поверхности. Такие термины, как излучательная способность или отражательная способность , относятся к идеальным гладким поверхностям, и их использование ограничивается дискуссией об отверстии в полости черного тела. Полезным иногда термином является и коэффициент яркости Я, который определяется как отно-щение потока излучения, отраженного от элемента поверхности в специфических условиях излучения и наблюдения, к потоку, отраженному идеальной, полностью отражающей, полностью диффузной поверхностью, излученному и наблюдаемому таким же образом. [c.323]

Предположим, что требуется найти излучательную способность изотермической полости, показанной на рис. 7.5. Величина, которую необходимо вычислить, представляет собой отношение спектральной яркости элемента стенки А5, визируемого в Р, к спектральной яркости черного тела при той же температуре. В свою очередь поток излучения, исходящий из в направлении апертуры а, состоит из двух частей потока, излученного самим элементом А5, и лучистого потока, отраженного тем же элементом А5. Первый зависит только от коэффициента излучения стенки и ее температуры и не зависит от присутствия остальной части полости. Отраженный поток, со своей стороны, зависит от коэффициента отражения поверхности элемента А5 и от лучистого потока, попадающего на А5 из остальной части полости. На значении отраженного потока сказывается влияние а, так как лучистый поток, который в замкнутой полости пришел бы от а в направлении А5, в рассматриваемом случае отсутствует. Именно этот эффект отсутствия падающего потока от а в потоке излучения, отраженного от А5, и необходимо вычислить. Следует также учесть, что отсутствует не только лучистый поток в направлении а- А5, но и лучистый поток от а в направлении остальной части стенок полости. Таким образом, лучистый поток, поступающий в А5 от всей оставщейся части полости, является несколько обедненным. Из всего этого должно быть ясно, что расчет излучательной способности такой полости никоим образом не является тривиальной операцией. Для строгого вычисления необходимо знать в деталях геометрию полости и системы наблюдения, угловые зависимости излучательной и отражательной характеристик материала стенки полости, а также распределение температуры вдоль стенок полости. Температурная неоднородность изменяет поток излучения полости в целом так же, как и наличие апертуры, но с некоторым дополнительным усложнением, которое состоит в том, что изменение потока [c.327]

Наиболее удачные методы вычисления излучательной способности полостей, близких к черному телу, основаны на предположении о диффузности излучения и отражения. Было найдено, что результаты расчета согласуются с экспериментом в пределах возможности измерений. Поправки, учитывающие полузеркальный характер отражения, могут быть сделаны в ходе выполнения расчета. [c.329]

Рис. 7.20. Профиль типичной канавки, образованной границами зерен на хорошо отожженной вольфрамовой ленте, и излучательная способность такой ленты как функция размеров зерен. Размер зерна и вычисленная излучательная способность границ зерен показаны для двух классических измерений коэффициентов излучения вольфрама 1 — данные де Bo a 2 — данные Ларрабее.

Совершенно отличный метод компенсации при недостатке сведений об излучательной способности основан на поляризации теплового излучения, испущенного и отраженного под углами, далекими от нормального. Метод основан на предложении, сформулированном Тингвальдом [82] и позднее усовершенствованном Мюрреем [59] и Берри [10]. Принцип метода заключается в следующем. Излучение черного тела не поляризовано, поэтому, если оно отражается от горячей металлической поверхности на большие углы, суммарное (испущенное и отраженное) излучение будет поляризованным, если только температура отражающей поверхности не равна температуре черного тела. Это иллюстрируется рис. 7.41. [c.389]

В последние годы возник большой интерес к методам измерения, в которых используется избыточная информация, содержащаяся в спектре излучения нагретых тел. Принцип новых методов основан на утверждении, что если излучательная способность материала пропорциональна длине волны в степени п, то температура может быть получена из относительных измерений спектральной яркости при п + 2 длинах волн. Для п = 0 мы имеем случай двухцветного пирометра или пирометра отношения, в котором излучате,тьная способность не зависит от длины волны. Если п= и излучательная способность с длиной волны меняется линейно, требуется три длины волны. Проблема с двухцветным пирометром, как было показано, состоит в том, что для равенства излучательной способности при двух длинах волн на практике длины волн должны быть расположены рядом. С другой стороны, легко показать, что чувствительность при увеличении расстояния между длинами волн увеличивается. Подобный анализ для трехцветного пирометра показывает, что даже небольшие отличия от предполагаемого линейного соотношения между излучательной способностью и длиной волны могут приводить к большим погрешностям. Свет [81], однако, отметил, что при использовании современных компьютеров метод определения истинной температуры из измерений при т длинах волн на основе предположения, что излучательная способность является функцией п-й степени от длины волны и т>п, имеет ряд преимуществ. Они состоят в том, что избыточная информация, содержащаяся в [т—(п = 2)] измерениях, должна компенсировать недостаток точности в измерениях относительной яркости при т длинах волн. Трудности достижения высокой точности были показаны в работе Коатса [26], где был сделан вывод, что ни один из этих методов, по-видпмому, не приводит к большей точности опреде.ле-ния Т, чем точность, достигаемая пирометром на одной длине волны с использованием известной величины излучательной способности. [c.392]

Закон Кирхгофа. Для всякого тела излучательная и поглощательная способности зависят от VeMnepaTypbi и длины волны. Различные тела имеют различные значения Е и А. Зависимость между ними устанавливается законом Кирхгофа. Рассмотрим лучистый теплообмен между двумя параллельными пластинами с неодинаковыми температурами, причем первая пластина является абсолютно черной с температурой Т,, вторая — серой с температурой Т. Расстояние между пластинами значительно меньше их размеров, так что излучение каждой из них обязательно попадает на другую. [c.464]

Повышение эффективности энергетических агрегатов, как правило, связано с изменением конструкции. Так, например, в котельной установке производительностью 950 т/ч ири сохранении старой конструкции потери тепла в окружающую среду составляют 0,1% к. п. д., П рисос воздуха в газовый тракт котла снижает его к. п. д. еще на 0,5 7о, за счет чего теряется около 80 000 руб. в год [178]. Эти потери могут быть значительно компенсированы увеличением доли энергии излучения в общем тепловом балансе. Повышение излучательной способности узлов находит широкое применение в установках для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую, в котлах, турбинах, двигателях, высокотемпературных печах и в теплообменниках, электровакуумных [c.5]

Реальное тело отличается от абсолютно черного тем, что оно не только поглощает, но и отражает и пропускает лучистую энергию. При введении понятий излучательная способность и степень черноты мы опирались на интегральное излучение нечерного тела, т. е. [c.18]

Излучение нечерных тел может быть определено на основании закона Кирхгофа, если известна излучательная опособность. В этом случае энергия излучения реального тела описывается произведением соответствую- [c.18]

Поглощательная и излучательная способности материала зависят от длины волны излучения, химических и механических свойств 1ПОверхности. Типичные изменения указанных характеристик в зависимости от температуры излучающего тела показаны на рис. 1-7 [14]. Поглощательная способность больщинства полированных металлических поверхностей возрастает почти линейно с увеличением температуры. Неметаллы проявляют противоположную тенденцию, что приводит к более [c.24]

Вопрос об излучательной способности твердого тела можно свести к исследованию его колебательного спектра, так как, с одной стороны, разрещенные переходы между дискретными, колебательными уровнями соответствуют интересующим нас частотам, т. е. частотам, лежащим в инфракрасной области, с другой стороны, излучение, обусловленное колебаниями решетки, также лежит в инфракрасной области [27—28]. [c.43]

Действительно, тепловое излучение зависит ог коэффициента преломления материала. Стеклообразное состояние эмали оказывает решающее влияние на излучательную способность покрытия. Введение любых огнеупорных добавок не создает возможности получить суммарный коэффициент преломления системы эмаль — добавка больший, чем коэффициент преломления плавленой двуокиси кремния. В результате степень черноты эмалевого покрытия не может быть большей, чем у эмали на основе плавленой двуокиси кремния, т. е. не может быть более 0,8 при температуре ПООК. Это также подтверждается данными работы [66], которые приведены в табл. 4-4. [c.104]

Испытания в вакууме. Стабильность оптических характеристик покрытий — их излучательная и отражательная способность — во многом определяется состоянием поверхности. В свою очередь состояние поверхности зависит от собственной температуры покрытия, а также от цротекания различных процессов, возникающих в результате взаимодействия между поверхностным слоем вещества покрытия и окружающей средой. В этом плане осогбый интерес представляет проведение испытаний по установлению постоянства оптических свойств покрытий или одновременном воздействии высоких температур и вакуума. В этом случае излучательная способность будет зависеть не только от температуры, но и от упругости пара вещества покрытия. Испарение покрытия изменяет характеристики излучения и размеры детали. Для определения скорости испарения при эксплуатационных условиях (температура и давление) проводятся испытания в специальных камерах. Наиболее простым и чувствительным является метод испарения с открытой поверхности в вакууме (метод Ленгмюра). Образец с покрытием помещают в вакуумную камеру и нагревают до требуемой температуры, после чего он выдерживается в этих условиях в течение определенного времени. Одна из подобных камер показана на рис. 7-14 [52]. Молекулы испаряющегося покрытия конденсируются на холодных стенках камеры. Для определения скорости [c.180]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...