Таблн!1а 13.1. Термины, обозначения и определения основных величин нирометрин излучения

Термин

Обозначение

Определение

Амплитуда колебаний А

Длина волны

Интенсивность излу- / чения

Энергия излучения Qe [W]

Скорость электромаг- с н iTHOro излучения в вакууме; скорость света в вакууме Постоянная h

Планка

Вектор Пойнтинга

Поток излучения

Фе[Р]

Наибольшее абсолютное значение величины, изменяющейся по закону гармонического колебания. Допускается обозначать амплитуды колебаний буквой , п редставляющей соответству ющую величину, с подстрочным индексом т: например, амплитуда напряженности электрического поля излучения Расстояние, на которое смещается поверхность равной фазы волны за один период колебаний Величина, пропорциональная квадрату амплитуды электромагнитного колебания

Энергия, переносимая излучением, В физической оптике под излучением понимается оптическое излучение, представляющее собой электромагнитное излучение с длинами волн в диапазоне примерно I нм ,1 мм. Светом следует называть только видимое излучение в диапазоне от 380...400 до 760... 780 им. Для обозначения оптических величин используется индекс е, для световых величин - индекс и. Индексы опускаются, когда исключена возможность различного толкования указанных величин.

Скорость переноса энергии излучения в вакууме

Квант действия, равный отношению энергии кванта излучения к частоте соответствующего ему монохроматического излучения. Допускается применение постоянной h = Л/2я Величина, направление которой совпадает с направлением распространения энергии излучения, а абсолютное значение равно отношению мощности излучения, проходящего сквозь перпендикулярную направлению вектора поверхность, к площади этой поверхности

Отношение энергии, переносимой излучением, ко времени переноса, значительно превышающему период колебания

Термин

Обозначение

Определение

Сила

излучения

Энергетическая

освещенность;

облученность

Энергетическая

светимость;

излучательность

Энергетическая яркость

Спектральная плотность энергетической светимости черного тела; спектральная плотность излуча-тельности черного тела

Световой ноток

Отношение потока излучения, распространяющегося от источника в рассматриваемом направлении внутри малого телесного угла, к этому телесному углу

Отношение потока излучения, падающего на рассматриваемый малый участок поверхности, к площади этого участка

Отношение потока излучения, исходящего от рассматриваемого малого участка поверхности, к площади этого участка

Отношение потока излучения, распространяющегося в рассматриваемом иа-правлении внутри малого телесного угла dw через участок поверхности dA, к произведению этого телесного угла, площади участка и косинуса угла 6 между рассматриваемым направлением и нормалью к участку dA:

d-Фе d/e

dcodA cos 6

dA cos e

did cos e

Величина, определяемая законом Планка:

где С, = 2пкс\\ = he Ik

Величина, пропорциональная потоку излучения, оцененному с учетом относительной спектральной световой эффективности монохроматического излучения. Световой поток определяется выражением

где Km 680 лм/Вт; V (К) - относительная .спектральная световая эффективность монохроматического излучения; Ф(k)dX - поток, излучения в спектральном диапазоне Я %-{-+ d-k

Термин

чсиие j

Определение

Световая энергия Сила света

Освещенность

Светимость

Яркость

Коэффициент пропускания

т [Г)

Коэффициент отражения

Коэффициент поглощения

Показатель преломления

Р [R\ а [А]

Произведение светового потока на длительность освещения Отношение светового потока, распространяющегося от источника в рассматриваемом направлении внутри малого телесного угла, к этому телесному \тлу

Отношение светового потока, падаю-.щсго па рассматриваемый малый участок поверхности, к площади этого

участка

бтношение светового потока, распространяющегося от рассматриваемого малого участка поверхности, к площади этого участка

Отношение светового потока, распространяющегося в рассматриваемом направлении внутри малого телесного угла dcD через участок поверхности dA, к произведению этого телесного угла, площади участка и косинуса угла 6 между рассматриваемым направлением и нормалью к участку dA:

diodA cos 6

dA cos G

dcD cos 0

Отношение потока излучения, прошедшего сквозь тело, к потоку излучения, упавшему на него (для неинвертиро-ванных систем ДЛ > 0). Для коэффициентов пропускания, отражения и поглощения справедливо соотношение т -f р -- а = 1. В определениях оптических характеристик веществ и тел вместо оптических величин могут применяться световые величины Отношение потока излучения, отраженного данным телом, к потоку излучения, упавшему на него (для неинвер-тированных систем ЛА/ > 0) Отношение потока излучения, поглощенного данным телом, к потоку излучения, упавшему на него (для неин-вертированных систем Д/V > 0)

Отношение скорости электромагнитного излучения в вакууме к фазовой скорости излучения в данной среде

термин

Обозначение

Опреде;1ение

Показатель рассея- г ния

Коэффициент тепло- е вого излучения

Коэффициент направ- е (в, ф) лениого теплового излучения

Радиационная темпе- Тм [ 1 ратура

Яркостная температу- TjlTs] pa

Цветовая температура

Величина, обратная расстоянию, на котором поток излучения, образующего параллельный пучок, ослабляется в 10 раз в результате рассеяния в ес-ществс

Отношение энергетической светимости (излучательности) теплового излучателя к энергетической светимости (излучательности) черного тела при той же температуре

Отношение энергетической яркости гсп-лового излучателя в данном направлении к энергетической яркости черного тела при той же температуре Температура черного тела, при которой его энергетическая светимость (излучательность) равна энергетической светимости (излучательности) рассматриваемого теплового излучателя Температура черного тела, при которой для данной длины волны (частоты, волнового числа) оно имеет ту же спектральную плотность энергетической яркости, что и рассматриваемый тепловой излучатель. В визуальной пирометрии в качестве данной используют длину волны 655 нм Температура черного тела, при которой его излучение имеет ту же цветность, что и рассматриваемое излучение (цветность по ГОСТ 13088-67)

одинаковых длинах воли и одинаковых температурах у всех тел коэффициент излучения равен коэффициенту поглощения: г = а-.

Коэффициент полного теплового излучения е- равен отношению из-лучательной способности данного излучателя к излучательиой способности абсолютно черного тела при той же температуре. Аналогичные отношения справедливы и для монохроматического излучения г-.

Коэффициент излучательиой способности, определенный интегрированием в области отЯ,1 до Xj, называется коэффициентом частичной излучательиой способности

[ MdX j eMldX

MlrdX \м1г4Х

Xi Xi

Коэффициент зависит от пределов 1штегрнровапня, Если объект изчереиия рассматривается под углом 45° к нормали, то р, и практитески независимы от направления излучения. Заметные отклонения от закона Ламберта присущи и металлам с блестящей поверхностью, при больших углах к нормали испускающим поляризованное излучение. Сводные данные об излучательной способности различных материалов приведены в табл. 13,2.

Закон Планка формулируется в следующем виде:

Л1 = С,?.-5(е - 1)-, (13,1)

Для части спектра, где в- 1, можно пренебречь едппицен в знаменателе и получить закон Вина

(13.2)

При Я Г < 3 10~ мкм погрешность формулы Вина не превышает 1 %.

Интегрирование уравнения (13.1) по всему спектру при фиксированном значении температуры приводит к закону Стефана - Больцмана

Мт=аТ\ (13.3)

Для нечерного тела с коэффициентом излучательной способности при той же температуре полная энергия излучения определяется формулой

(13,4)

13.3. Практические следствия законов излучения

Закон Планка устанавливает обобщенную связь между плотностью излучения, длиной волны излучения и температурой излучателя [208, 892). Это открывает, по крайней мере, три принципиальные возможности определения температуры излучателя но измеренным характеристикам излучения.

Радиационная пирометрия. Закон Стефана - Больцмана для интегрального потока энергии является теоретической основой радиационной пирометрии. Приборы, предназначенные для измерения температуры тела по тепловому действию его полного излучения, называются пирометрами полного излучения. Эти пирометры градуируются по черному излучателю, поэтому при измерении температуры черного тела их показания дают действительное значение измеряемой температуры. При измерении температур реальных физических тел ввиду их меньшей излучательной способности пирометры дают заниженные показания соответствующие некоторой условной температуре, называемой радиационной температурой тела.

Радиационная температура нечерного тела Гр, имеющего температуру Т и коэффициент излучательной способности численно равна радиационной температуре черного тела, при которой интенсивность полного излучения черного тела М1 равна интенсивности полного излучения нечерного Р

тела Му. Согласно формулам (13 3), (13,4) оТ = гоТ*. Таким образом, температуру нечерного тела можно определить по измеренной температуре, используя формулу Г = Тр >/ 1/е. Поскольку < 1, / l/e- > 1, значит, радиационная температура нечерного тела всегда меньше его действительной температуры. Разность Т - Тр, являющаяся систематической погреш-

Таблица 13.2. Интегральная излучательная способность различных материалов

Материал

Температура, °С

Чистые и окисленные металлы