научная статья по теме ВЫБОР СПЕКТРАЛЬНОГО ИНТЕРВАЛА, В КОТОРОМ НАГРЕТЫЙ НЕПРОЗРАЧНЫЙ ОБЪЕКТ ИЗЛУЧАЕТ КАК СЕРОЕ ТЕЛО Физика

Текст научной статьи на тему «ВЫБОР СПЕКТРАЛЬНОГО ИНТЕРВАЛА, В КОТОРОМ НАГРЕТЫЙ НЕПРОЗРАЧНЫЙ ОБЪЕКТ ИЗЛУЧАЕТ КАК СЕРОЕ ТЕЛО»

ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА, 2010, № 6, с. 148-152

ВЫБОР СПЕКТРАЛЬНОГО ИНТЕРВАЛА, В КОТОРОМ НАГРЕТЫЙ НЕПРОЗРАЧНЫЙ ОБЪЕКТ ИЗЛУЧАЕТ КАК СЕРОЕ ТЕЛО

© 2010 г. А. Н. Магунов

НИИ перспективных материалов и технологий Россия, 115054, Москва, ул. Малая Пионерская, 12 Поступила в редакцию 18.05.2010 г.

Температуру непрозрачных объектов с излучательной способностью в(к), зависящей от длины волны, можно достаточно точно (с погрешностью <1—5%) определять по спектру теплового излучения с помощью модели серого тела в = const(k). В основе этого лежит несоизмеримо более сильная спектральная зависимость интенсивности теплового излучения I(k) в коротковолновой области по сравнению со спектральной зависимостью в(к). При не слишком высоких температурах (Т< 3000— 4000 K) любой непрозрачный объект излучает в коротковолновой области спектра (к < 350—400 нм) как серое тело, даже если по своим оптическим свойствам существенно отличается от серого тела. Приведен экспериментальный спектр теплового излучения вольфрама (Т « 1970 К), для которого в длинноволновой области спектра (к > 580 нм) проявляется влияние излучательной способности.

Множество исследованных объектов излучает иначе, чем черное тело. Отличия описываются излучательной способностью е(к, Т) < 1, которая является индивидуальной характеристикой материалов и поверхностей [1, 2].

Однако часто наблюдается и подобие экспериментально регистрируемых спектров теплового излучения объектов и спектра излучения черного тела. Это подобие описывается приближением серого тела е = сош^к) и лежит в основе метода спектральной пирометрии [3]. Возможность описания излучения многих объектов как излучения серого тела выявилась при сравнении экспериментальных спектров со спектрами черного тела. Распространенность серых тел, установленная в последние 15—20 лет, не является заранее очевидной, она даже противоречит давно сложившейся уверенности в том, что спектр излучения серого тела не более распространен, чем спектр черного тела. Поскольку экспериментально наблюдается подобие спектров теплового излучения черного тела и разнообразных объектов (твердых тел и жидкостей, пламен, взрывов, плазмы, наноча-стиц), то должна существовать причина, по которой индивидуальные оптические свойства разных сред и объектов не являются определяющими в формировании спектра теплового излучения. Недавно было показано, что для платины при Т = = 1000 К влияние достаточно сильной зависимости е(к) на температуру, вычисляемую по спектру излучения в области длин волн к = 500—1000 нм, пренебрежимо мало [4]. Необходимо установить, при каких условиях несущественно и при каких

существенно влияние излучательной способности s(k) на температуру, вычисляемую по спектру.

В данной работе показано, что в области не слишком высоких температур (T< 3000—4000 K) приближение серого тела выполняется из-за несоизмеримо более сильной спектральной зависимости интенсивности излучения I(k) в области Вина по сравнению с зависимостью s(k). Чтобы любой непрозрачный объект (например, металл) излучал как серое тело, необходимо проводить регистрацию спектра в коротковолновой области. Область является коротковолновой, если самая большая длина волны в ней в

3 раза меньше, чем длина волны, соответствующая максимуму интенсивности в распределении Планка при той же температуре.

ОСОБЕННОСТИ СПЕКТРА ИЗЛУЧЕНИЯ ВОЛЬФРАМОВОЙ НИТИ

Спектр излучения маломощной (0.25 Вт) лампы накаливания с вольфрамовой спиралью зарегистрирован с помощью дифракционного спектрометра HR 2000+ (Ocean Optics) с кремниевой п.з.с.-линейкой фотоприемников. Регистрируется интервал длин волн от 350 до 740 нм. Приемный торец оптического волокна 00.6 мм находится на расстоянии 10 см от лампы. Время накопления спектра 5 мс. После регистрации спектра проводится его коррекция, для этого спектральная зависимость светочувствительности линейки калибруется с помощью черного тела.

ВЫБОР СПЕКТРАЛЬНОГО ИНТЕРВАЛА

Рис. 1. Спектр излучения вольфрамовой спирали.

Рис. 2. Спектр вольфрамовой спирали в координатах Вина (сплошная линия) и экстраполяция коротковолнового участка (штриховая линия).