Odrazivosť povrchu. Koeficient odrazu (v rádiotechnike) Závislosť koeficientu odrazu od farby povrchu
Svetlo pri zrážke s reflexný povrch.
Spočíva v tom, že padajúce, A odrážal Ray umiestnené v jednej rovine s kolmicou k povrchu a táto kolmica rozdeľuje uhol medzi naznačenými lúčmi na rovnaké zložky.
Častejšie je zjednodušene formulovaný takto: rohu padá a uhol odrazy svetla rovnaký:
α = β.
Zákon odrazu je založený na črtách vlnová optika. Experimentálne to doložil Euklides v 3. storočí pred Kristom. Možno to považovať za dôsledok využitia Fermatovho princípu pre zrkadlový povrch. Tieto zákony možno formulovať aj ako dôsledok Huygensovho princípu, podľa ktorého každý bod v médiu, do ktorého sa porucha dostala, pôsobí ako zdroj. sekundárne vlny.
Akékoľvek prostredie špecificky odráža a pohlcuje svetelného žiarenia. Parameter popisujúci odrazivosť povrchu látky sa označuje ako koeficient odrazu(ρ aleboR) . Kvantitatívne sa koeficient odrazu rovná pomeru tok žiarenia, odrážané telom, na prúdenie dopadajúce na telo:
Svetlo sa úplne odráža od tenkého filmu striebra alebo tekutej ortuti nanesenej na doske skla.
Zlatý klinec difúzne A zrkadlový odraz.
Rozloženie prúdov a napätí v dlhom vedení je určené nielen vlnovými parametrami, ktoré charakterizujú vlastné vlastnosti vedenia a nezávisia od vlastností obvodových úsekov mimo vedenia, ale aj koeficientom odrazu vedenia, ktorý závisí od stupňa zhody vlasca so záťažou.
Komplexná odrazivosť dlhej čiary je pomer komplexných efektívnych hodnôt napätí alebo prúdov odrazených a dopadajúcich vĺn v ľubovoľnom úseku vedenia:
Na určenie p(x) je potrebné hľadať neustále integrácie A A A 2, ktoré možno na začiatku vyjadriť pomocou prúdov a napätí (x = 0) alebo koniec (x =/) linky. Necháme na konci vedenia (pozri obr. 8.1) napätie vedenia
a 2 = u(lyt) = u(x, t) x = i, a jeho prúd i 2 = /(/, t) = i(x, t) x =[. Označuje komplexné efektívne hodnoty týchto veličín U 2 = 0(1) = U(x) x = i = a 2 a /2 = /(/) = I(x) x= i = i 2 a vkladanie výrazov (8.10), (8.11 ) x = ja, dostaneme
Dosadením vzorcov (8.31) do vzťahov (8.30) vyjadríme koeficient odrazu prúdom a napätím na konci riadku:
Kde x" = I - x - vzdialenosť meraná od konca riadku; p2 = p(x)|, =/ = 0 neg (x)/0 pal (x) x =1 = 02 - Zj 2)/(U 2 + Zj 2) - koeficient odrazu na konci vedenia, ktorého hodnota je určená len vzťahom medzi odporom zaťaženia Zu = U2/i2 a charakteristická impedancia vedenia Z B:
Ako každé komplexné číslo, aj odrazivosť čiar môže byť reprezentovaná v exponenciálnej forme:
Analýzou výrazu (8.32) zistíme, že modul koeficientu odrazu
postupne sa zvyšuje s rastom X a dosiahne svoju najväčšiu hodnotu p max(x)= |р 2 | na konci riadku.
Vyjadrenie koeficientu odrazu na začiatku úsečky p ^ cez koeficient odrazu na konci čiary p 2
zistíme, že modul koeficientu odrazu na začiatku čiary je e 2a1 krát menší ako modul koeficientu odrazu na jeho konci. Z výrazov (8.34), (8.35) vyplýva, že modul koeficientu odrazu homogénneho vedenia bez straty má rovnakú hodnotu vo všetkých úsekoch vedenia.
Pomocou vzorcov (8.31), (8.33) možno napätie a prúd v ľubovoľnom úseku vedenia vyjadriť ako napätie alebo prúd a koeficient odrazu na konci vedenia:
Výrazy (8.36) a (8.37) nám umožňujú uvažovať o rozložení napätí a prúdov v homogénnom dlhom vedení v niektorých charakteristických režimoch jeho činnosti.
Režim pohyblivej vlny. Režim pohyblivej vlny sa nazýva prevádzkový režim homogénneho vedenia, v ktorom sa v ňom šíri len dopadajúca napäťová a prúdová vlna, t.j. amplitúdy napätia a prúdu odrazenej vlny vo všetkých úsekoch vedenia sú rovné nule. Je zrejmé, že v režime postupujúcej vlny je koeficient odrazu priamky p(r) = 0. Z výrazu (8.32) vyplýva, že koeficient odrazu p(.r) sa môže rovnať nule buď v priamke nekonečnej dĺžky. (at 1 = oo dopadajúca vlna nemôže dosiahnuť koniec čiary a odraziť sa od nej), alebo v čiare konečnej dĺžky, ktorej zaťažovací odpor je zvolený tak, že koeficient odrazu na konci čiary p 2 = 0 Z týchto prípadov je praktický len druhý, na realizáciu ktorého je, ako vyplýva z výrazu (8.33), potrebné, aby odpor zaťaženia vedenia bol rovný charakteristickej impedancii Z lt (takéto zaťaženie sa nazýva dohodnuté).
Za predpokladu, že p 2 = 0 vo výrazoch (8.36), (8.37), vyjadríme komplexné efektívne hodnoty napätia a prúdu v ľubovoľnom úseku vedenia v režime postupnej vlny cez komplexné efektívne hodnoty napätia. 0 2
a prúd / 2 na konci riadku: 
Pomocou výrazu (8.38) nájdeme komplexné efektívne hodnoty napätia a prúdu na začiatku riadku:
Dosadením rovnosti (8.39) do vzťahov (8.38) vyjadríme napätie a prúd v ľubovoľnom úseku vedenia v režime postupnej vlny cez napätie a prúd na začiatku vedenia:
Predstavme napätie a prúd na začiatku riadku v exponenciálnom tvare: Ui = G/ 1 e;h D = Prejdime od komplexných efektívnych hodnôt napätia a prúdu k okamžitým:
Ako vyplýva z výrazov (8.41), v prevádzkovom režime amplitúdy napätia a prúdu v rade so stratami(a > 0) klesať exponenciálne s rastúcim x a v rade bez straty(a = 0) zachovať rovnakú hodnotu vo všetkých častiach riadku(obr. 8.3).
Počiatočné fázy napätia y (/) - р.г a prúdu v|/ (| - р.г v režime postupnej vlny sa menia pozdĺž čiary podľa lineárneho zákona a fázový posun medzi napätím a prúdom vo všetkých sekciách riadku má rovnakú hodnotu i|/ M - y,y
Vstupná impedancia vedenia v režime postupnej vlny sa rovná charakteristickej impedancii vedenia a nezávisí od jeho dĺžky:
V bezstratovom vedení má vlnová impedancia čisto odporový charakter (8.28), preto je v režime postupnej vlny fázový posun medzi napätím a prúdom vo všetkých úsekoch vedenia bez straty nulový(y;
Okamžitý výkon spotrebovaný bezstratovým úsekom vedenia umiestneným napravo od ľubovoľného úseku X(pozri obr. 8.1), rovná súčinu okamžitých hodnôt napätia a prúdu v priereze X.
Ryža. 83.
Z výrazu (8.42) vyplýva, že okamžitý výkon spotrebovaný ľubovoľným úsekom vedenia bez strát v režime postupnej vlny nemôže byť záporný, preto V prevádzkovom režime sa energia prenáša vo vedení iba jedným smerom - od zdroja energie k záťaži.
V režime postupnej vlny nedochádza k výmene energie medzi zdrojom a záťažou a všetka energia odovzdaná dopadajúcou vlnou je spotrebovaná záťažou.
Režim stojatej vlny. Ak sa impedancia záťaže príslušného vedenia nerovná charakteristickej impedancii, potom záťaž spotrebuje iba časť energie prenesenej dopadajúcou vlnou na koniec vedenia. Zvyšná energia sa odrazí od záťaže a vráti sa do zdroja ako odrazená vlna. Ak modul koeficientu odrazu čiary |p(.r)| = 1, t.j. amplitúdy odrazených a dopadajúcich vĺn vo všetkých úsekoch vedenia sú rovnaké, vtedy sa vo vedení nastolí špecifický režim, tzv. režim stojatých vĺn. Podľa výrazu (8.34) modul koeficientu odrazu | r(lg)| = 1 iba ak modul koeficientu odrazu na konci čiary |p 2 | = 1 a koeficient útlmu vedenia a = 0. Analýzou výrazu (8.33) môžeme overiť, že |p 2 | = 1 iba v troch prípadoch: keď je odpor záťaže nulový alebo nekonečný, alebo je čisto reaktívny.
teda režim stojatej vlny je možné zaviesť len vo vedení bez strát v dôsledku skratu alebo prerušenia obvodu na výstupe, a, ak je odpor záťaže na výstupe linky čisto reaktívny.
Ak dôjde ku skratu na výstupe vedenia, koeficient odrazu na konci vedenia je p 2 = -1. V tomto prípade majú napätia dopadajúcej a odrazenej vlny na konci vedenia rovnaké amplitúdy, sú však fázovo posunuté o 180°, takže okamžitá hodnota napätia na výstupe je zhodne rovná nule. Dosadením p 2 = - 1, y = ur, Z B = /?„ do výrazov (8.36), (8.37) nájdeme komplexné efektívne hodnoty sieťového napätia a prúdu:
Za predpokladu, že počiatočná fáza súčasného /? na linkovom výstupe je nula a pohybuje sa od komplexných efektívnych hodnôt napätí a prúdov k okamžitým
Zistili sme, že počas skratu na výstupe vedenia sa amplitúdy napätia a prúdu menia pozdĺž vedenia podľa periodického zákona
získanie maximálnych hodnôt v jednotlivých bodoch čiary U m kontrola = V2 ja m max = V2 /2 a mizne v niektorých ďalších bodoch (obr. 8.4).
Je zrejmé, že v tých bodoch čiary, v ktorých sa amplitúda napätia (prúdu) rovná nule, sú okamžité hodnoty napätia (prúdu) rovnako rovné nule. Takéto body sa nazývajú napäťové (prúdové) uzly.
Charakteristické body, v ktorých amplitúda napätia (prúdu) nadobúda svoju maximálnu hodnotu, sa nazývajú napäťové (prúdové) antinody. Ako je zrejmé z obr. 8.4 zodpovedajú napäťové uzly prúdovým antinódam a naopak prúdové uzly zodpovedajú napäťovým antinódam.
Ryža. 8.4. Rozdelenie amplitúdy napätia(A) a aktuálne(b) pozdĺž linky v režime skratu
Ryža. 8.5. Rozdelenie okamžitých hodnôt napätia (A) a aktuálne (b) pozdĺž linky v režime skratu
Rozloženie okamžitých hodnôt napätia a prúdu pozdĺž čiary (obr. 8.5) sa riadi sínusovým alebo kosínusovým zákonom, avšak v priebehu času zostávajú súradnice bodov, ktoré majú rovnakú fázu, nezmenené, t.j. vlny napätia a prúdu akoby „stáli“. Preto bol tento režim prevádzky linky nazvaný režim stojatých vĺn.
Súradnice napäťových uzlov sú určené z podmienky sin рх/, = 0, z ktorej
Kde Komu= 0, 1,2,..., a súradnice napäťových antinód sú z podmienky cos р.г" (= 0, odkiaľ
Kde P = 0, 1,2,...
V praxi je vhodné počítať súradnice uzlov a antinodov od konca čiary v zlomkoch vlnovej dĺžky X. Dosadením vzťahu (8.21) do výrazov (8.43), (8.44) dostaneme x"k = kX/ 2, x"" = (2 n + 1) X/4.
Takto sa s intervalom striedajú uzly napäťových (prúdových) a napäťových (prúdových) antiuzlov X/4, a vzdialenosť medzi susednými uzlami (alebo antinodami) je X/2.
Analýzou výrazov pre napätie a prúd dopadajúcich a odrazených vĺn je ľahké overiť, že napäťové antinody vznikajú v tých úsekoch vedenia, v ktorých sa napätia dopadajúcich a odrazených vĺn zhodujú vo fáze, a preto sú sčítané. a uzly sú umiestnené v úsekoch, kde napätia dopadajúcich a odrazených vĺn sú mimo fázu, a preto sú odčítané. Okamžitý výkon spotrebovaný ľubovoľným úsekom vedenia sa v priebehu času mení podľa harmonického zákona
preto je činný výkon spotrebovaný týmto úsekom vedenia nulový.
teda v režime státia sa energia pozdĺž vedenia neprenáša a na každom úseku vedenia dochádza len k výmene energie medzi elektrickým a magnetickým poľom.
Podobne zistíme, že v režime naprázdno (p2 = 1) je rozloženie amplitúd napätia (prúdu) pozdĺž vedenia bez strát (obr. 8.6)
má rovnaký charakter ako rozloženie amplitúd prúdu (napätia) v režime skratu (pozri obr. 8.4).
Zvážte bezstratové vedenie, ktorého výstupný odpor záťaže je čisto reaktívny:
Ryža. 8.6. Rozdelenie amplitúdy napätia (A) a aktuálne (b) pozdĺž čiary pri voľnobehu
Dosadením vzorca (8.45) do výrazu (8.33) dostaneme
Z výrazu (8.46) vyplýva, že pri čisto reaktívnom zaťažení modul koeficientu odrazu na výstupe vedenia |p 2 | = 1 a hodnoty argumentu p p2 na konečných hodnotách x n ležia medzi 0 a ±l.
Pomocou výrazov (8.36), (8.37) a (8.46) nájdeme komplexné efektívne hodnoty sieťového napätia a prúdu:
kde φ = arctan(/? B /x„). Z výrazu (8.47) vyplýva, že amplitúdy napätia a prúdu sa menia pozdĺž čiary podľa periodického zákona:
a súradnice napäťových uzlov (aktuálne antinody) x"k = (2k + 1)7/4 + 1у Kde 1 = f7/(2tg); k= 0, 1, 2, 3,..., a súradnice napäťových antinodov (prúdových uzlov) X"" = PC/2 + 1, Kde P = 0, 1,2,3,...
Rozloženie amplitúd napätia a prúdu s čisto reaktívnou záťažou má vo všeobecnosti rovnaký charakter ako v režime nečinnosti alebo skratu na výstupe (obr. 8.7) a všetky uzly a všetky antinody sú posunuté o hodnotu 1 l aby na konci vedenia nebol uzol ani antinoda prúdu alebo napätia.
S kapacitnou záťažou -k/A 0, takže prvý napäťový uzol bude umiestnený v menšej vzdialenosti k/A od konca riadku (obr. 8.7, A); s indukčnou záťažou 0 t k/A prvý uzol bude umiestnený vo vzdialenosti väčšej ako 7/4, ale menej Komu/2 od konca riadku (obr. 8.7, b).
Režim zmiešaných vĺn. Režimy postupujúcej a stojatej vlny predstavujú dva limitné prípady, z ktorých v jednom je amplitúda odrazenej vlny vo všetkých úsekoch vedenia rovná nule a v druhom amplitúdy dopadajúcich a odrazených vĺn vo všetkých úsekoch vedenia. riadok sú rovnaké. v os-
Ryža. 8.7. Rozloženie amplitúd napätia pozdĺž vedenia s kapacitným(A) a indukčné
V ostatných prípadoch sa v vedení vyskytuje zmiešaný vlnový režim, ktorý možno považovať za superpozíciu režimu postupnej a stojatej vlny. V režime zmiešaných vĺn je energia prenášaná dopadajúcou vlnou na koniec vedenia čiastočne absorbovaná záťažou a čiastočne odrazená od nej, takže amplitúda odrazenej vlny je väčšia ako nula, ale menšia ako amplitúda dopadajúca vlna.
Rovnako ako v režime stojatej vlny, aj v režime zmiešanej vlny je rozdelenie amplitúd napätia a prúdu (obr. 8.8)
Ryža. 8.8. Rozdelenie amplitúdy napätia (A ) a aktuálne(b) pozdĺž linky v režime zmiešaných vĺn s čisto odporovou záťažou(R„ > RH)
má jasne definované maximá a minimá, ktoré sa opakujú X/2. Amplitúdy prúdu a napätia pri minimách však nie sú nulové.
Čím menej energie sa odrazí od záťaže, t.j. čím vyšší je stupeň zhody vedenia so záťažou, tým menej výrazné je maximálne a minimálne napätie a prúd, preto je možné na posúdenie stupňa použiť pomery medzi minimálnymi a maximálnymi hodnotami amplitúd napätia a prúdu. prispôsobenie vlasca záťaži. Nazýva sa hodnota rovnajúca sa pomeru minimálnych a maximálnych hodnôt amplitúdy napätia alebo prúdu koeficient postupnej vlny(KBV)
BPV sa môže meniť od 0 do 1 a, čím viac K()U, tým bližšie je prevádzkový režim linky k prevádzkovému režimu.
Je zrejmé, že v bodoch na čiare, v ktorých amplitúda napätia (prúdu) dosiahne svoju maximálnu hodnotu, sú napätia (prúdy) dopadajúcich a odrazených vĺn vo fáze a kde má amplitúda napätia (prúdu) minimálnu hodnotu, napätia (prúdy) dopadajúcich a odrazených vĺn sú vlny v protifáze. teda
Dosadením výrazu (8.49) do vzťahov (8.48) a zohľadnením, že pomer amplitúdy napätia odrazenej vlny k amplitúde napätia dopadajúcej vlny je modul koeficientu odrazu čiary | p(lr)|, vytvoríme spojenie medzi koeficientom postupnej vlny a koeficientom odrazu:
V bezstratovom vedení sa modul koeficientu odrazu v ľubovoľnom úseku vedenia rovná modulu koeficientu odrazu na konci vedenia, preto má koeficient postupnej vlny vo všetkých úsekoch vedenia rovnakú hodnotu: Ks>=
= (1-ыУО+ы).
V línii so stratami sa modul koeficientu odrazu mení pozdĺž línie, pričom svoju najväčšiu hodnotu dosahuje v bode odrazu (v X= /). V tomto ohľade, v súlade so stratami, sa koeficient postupnej vlny mení pozdĺž línie, pričom na jej konci nadobúda minimálnu hodnotu.
Spolu s KBV sa na posúdenie stupňa koordinácie vedenia s nákladom široko používa jeho recipročné množstvo - pomer stojatých vĺn(SWR):
V režime postupnej vlny K c = 1, a v režime stojatej vlny K c- oo
Nízkoemisný náter: Povlak, pri nanesení na sklo, sa výrazne zlepšia tepelné vlastnosti skla (zvyšuje sa odpor prestupu tepla zasklenia s použitím skla s nízkoemisným náterom a znižuje sa koeficient prestupu tepla).
Ochranný náter proti slnku
Náter proti slnečnému žiareniu: Náter, ktorý po nanesení na sklo zlepšuje ochranu miestnosti pred prenikaním nadmerného slnečného žiarenia.
Emisný faktor
Emisivita (upravená emisivita): Pomer emisivity povrchu skla k emisii čierneho telesa.
Normálny emisný faktor
Normálna emisivita (normálna emisivita): Schopnosť skla odrážať normálne dopadajúce žiarenie; sa vypočíta ako rozdiel medzi jednotkou a odrazivosťou v smere kolmom na povrch skla.
Solárny faktor
Solárny faktor (celkový koeficient priepustnosti slnečnej energie): Pomer celkovej slnečnej energie vstupujúcej do miestnosti cez priesvitnú konštrukciu k energii dopadajúceho slnečného žiarenia. Celková slnečná energia vstupujúca do miestnosti cez priesvitnú konštrukciu je súčtom energie priamo prechádzajúcej cez priesvitnú konštrukciu a tej časti energie absorbovanej priesvitnou konštrukciou, ktorá sa prenáša do miestnosti.
Smerová priepustnosť svetla
Koeficient smerovej priepustnosti svetla (ekvivalentné pojmy: priepustnosť svetla, koeficient priepustnosti svetla), sa označuje ako τv (LT) - pomer hodnoty svetelného toku normálne prechádzajúceho vzorkou k hodnote svetelného toku normálne dopadajúceho na vzorka (v rozsahu vlnových dĺžok viditeľného svetla).
Svetelná odrazivosť
Koeficient odrazu svetla (ekvivalentný pojem: koeficient normálneho odrazu svetla, koeficient odrazu svetla) sa označuje ako ρv (LR) - pomer hodnoty svetelného toku normálne odrazeného od vzorky k hodnote svetelného toku normálne dopadajúceho na vzorka (v rozsahu vlnových dĺžok viditeľného svetla).
Koeficient absorpcie svetla
Koeficient absorpcie svetla (ekvivalentný výraz: koeficient absorpcie svetla) sa označuje ako av (LA) - pomer hodnoty svetelného toku absorbovaného vzorkou k hodnote svetelného toku normálne dopadajúceho na vzorku (v rozsahu vlnových dĺžok). viditeľného spektra).
Slnečná priepustnosť
Koeficient priepustnosti slnečnej energie (ekvivalentný termín: koeficient priamej priepustnosti slnečnej energie) sa označuje ako τе (DET) - pomer hodnoty toku slnečného žiarenia normálne prechádzajúceho vzorkou k hodnote toku slnečného žiarenia normálne dopadajúceho na vzorka.
Slnečná odrazivosť
Koeficient odrazivosti slnečnej energie sa označuje ako ρе (ER) - pomer hodnoty toku slnečného žiarenia normálne odrazeného od vzorky k hodnote toku slnečného žiarenia normálne dopadajúceho na vzorku.
Koeficient absorpcie slnka
Koeficient absorpcie slnečnej energie (ekvivalentný výraz: koeficient absorpcie energie) sa označuje ako ae (EA) - pomer hodnoty toku slnečného žiarenia absorbovaného vzorkou k hodnote toku slnečného žiarenia normálne dopadajúceho na vzorku.
Koeficient tieňovania
Koeficient zatienenia sa označuje ako SC alebo G - koeficient zatienenia je definovaný ako pomer toku slnečného žiarenia prechádzajúceho daným sklom v rozsahu vĺn od 300 do 2500 nm (2,5 mikrónov) k toku slnečnej energie prechádzajúcej cez sklo. sklo hrúbky 3 mm. Koeficient zatienenia ukazuje podiel prechodu nielen priameho toku slnečnej energie (blízke infračervené žiarenie), ale aj žiarenia v dôsledku energie absorbovanej v skle (ďaleké infračervené žiarenie).
Koeficient prestupu tepla
Súčiniteľ prestupu tepla - označovaný ako U, charakterizuje množstvo tepla vo wattoch (W), ktoré prejde 1 m2 konštrukcie s rozdielom teplôt na oboch stranách jeden stupeň na Kelvinovej stupnici (K), merná jednotka W/(m2 K).
Odolnosť proti prenosu tepla
Odpor prestupu tepla je označený ako R - prevrátená hodnota súčiniteľa prestupu tepla.
Priepustnosť
koeficient odrazu
A absorpčný koeficient
Koeficienty t, r a a závisia od vlastností samotného telesa a vlnovej dĺžky dopadajúceho žiarenia. Spektrálna závislosť, t.j. závislosť koeficientov od vlnovej dĺžky určuje farbu priehľadných aj nepriehľadných (t = 0) telies.
Podľa zákona zachovania energie
F neg + F absorbovať + F pr =. (8)
Vydelením oboch strán rovnosti dostaneme:
r + a + t = 1. (9)
Teleso, pre ktoré sa nazýva r=0, t=0, a=1 úplne čierne .
Úplne čierne teleso pri akejkoľvek teplote úplne absorbuje všetku energiu žiarenia akejkoľvek vlnovej dĺžky, ktorá naň dopadá. Všetky skutočné telá nie sú úplne čierne. Niektoré z nich sú však v určitých intervaloch vlnových dĺžok svojimi vlastnosťami blízke absolútne čiernemu telesu. Napríklad v oblasti vlnových dĺžok viditeľného svetla sa absorpčné koeficienty sadzí, platinovej čiernej a čierneho zamatu len málo líšia od jednoty. Najdokonalejším modelom absolútne čierneho telesa môže byť malý otvor v uzavretej dutine. Je zrejmé, že tento model je charakteristikami bližšie k čiernemu telesu, čím väčší je pomer plochy povrchu dutiny k ploche otvoru (obr. 1).
Spektrálna charakteristika absorpcie elektromagnetických vĺn telom je spektrálny absorpčný koeficient a l je veličina určená pomerom toku žiarenia absorbovaného telom v malom spektrálnom rozsahu (od l do l + d l) na tok žiarenia dopadajúceho naň v rovnakom spektrálnom rozsahu:
.
(10)
Emisné a absorpčné schopnosti nepriehľadného telesa sú vzájomne prepojené. Pomer spektrálnej hustoty svetelnej energie rovnovážneho žiarenia telesa k jeho spektrálnemu absorpčnému koeficientu nezávisí od povahy telesa; pre všetky telesá je to univerzálna funkcia vlnovej dĺžky a teploty ( Kirchhoffov zákon ):
. (11)
Pre absolútne čierne teleso je a l = 1. Z Kirchhoffovho zákona teda vyplýva, že M e, l = , t.j. Univerzálna Kirchhoffova funkcia predstavuje spektrálnu hustotu svietivosti energie absolútne čierneho telesa.
Podľa Kirchhoffovho zákona sa teda pre všetky telesá pomer spektrálnej hustoty svietivosti energie k koeficientu spektrálnej absorpcie rovná spektrálnej hustote svietivosti energie absolútne čierneho telesa pri rovnakých hodnotách. T a l.
Z Kirchhoffovho zákona vyplýva, že spektrálna hustota svietivosti energie akéhokoľvek telesa v ktorejkoľvek oblasti spektra je vždy menšia ako spektrálna hustota svietivosti energie absolútne čierneho telesa (pri rovnakých hodnotách vlnovej dĺžky a teploty) . Okrem toho z tohto zákona vyplýva, že ak teleso pri určitej teplote neabsorbuje elektromagnetické vlny v rozsahu od l do l + d l, potom ich v tomto rozsahu dĺžky pri danej teplote nevyžaruje.
Analytická forma funkcie pre absolútne čierne telo
bola založená Planckom na základe kvantových konceptov o povahe žiarenia:
(12)
Emisné spektrum úplne čierneho telesa má charakteristické maximum (obr. 2), ktoré sa s rastúcou teplotou posúva do oblasti kratšej vlnovej dĺžky (obr. 3). Polohu maximálnej spektrálnej hustoty svetelnej energie je možné určiť z výrazu (12) zvyčajným spôsobom, prirovnaním prvej derivácie k nule:
. (13)
Označením dostaneme:
X – 5 ( – 1) = 0. (14)
Ryža. 2 Obr. 3
Riešenie tejto transcendentálnej rovnice numericky dáva
X = 4, 965.
teda
, (15)
= = b 1 = 2,898 m K, (16)
Funkcia teda dosahuje maximum pri vlnovej dĺžke nepriamo úmernej termodynamickej teplote čierneho telesa ( Prvý viedenský zákon ).
Z Wienovho zákona vyplýva, že pri nízkych teplotách sa vyžarujú prevažne dlhé (infračervené) elektromagnetické vlny. So zvyšujúcou sa teplotou sa zvyšuje podiel žiarenia vo viditeľnej oblasti spektra a teleso začína žiariť. S ďalším zvyšovaním teploty sa zvyšuje jas jeho žiary a mení sa farba. Preto môže farba žiarenia slúžiť ako charakteristika teploty žiarenia. Približná závislosť farby žiarenia telesa od jeho teploty je uvedená v tabuľke. 1.
stôl 1
Prvý Wienov zákon je tiež tzv vysídľovací zákon , čím sa zdôrazňuje, že so zvyšujúcou sa teplotou sa maximálna spektrálna hustota energetickej svietivosti posúva smerom ku kratším vlnovým dĺžkam.
Nahradením vzorca (17) výrazom (12) je ľahké ukázať, že maximálna hodnota funkcie je úmerná piatej mocnine termodynamickej telesnej teploty ( Druhý viedenský zákon ):
Energetickú svietivosť absolútne čierneho telesa možno zistiť z výrazu (12) jednoduchou integráciou cez vlnovú dĺžku
(18)
kde je redukovaná Planckova konštanta,
Energetická svietivosť absolútne čierneho telesa je úmerná štvrtej mocnine jeho termodynamickej teploty. Toto ustanovenie je tzv Stefan-Boltzmannov zákon a koeficient proporcionality s = 5,67×10 -8 – Stefan-Boltzmannovu konštantu.
Úplne čierne telo je idealizáciou skutočných tiel. Reálne telesá vyžarujú žiarenie, ktorého spektrum nie je opísané Planckovým vzorcom. Ich energetická svietivosť, okrem teploty, závisí od povahy telesa a stavu jeho povrchu. Tieto faktory možno vziať do úvahy, ak sa do vzorca (19) zavedie koeficient, ktorý ukazuje, koľkokrát je energetická svietivosť absolútne čierneho telesa pri danej teplote väčšia ako svietivosť energie skutočného telesa pri rovnakej teplote.
odkiaľ , alebo (21)
Pre všetky skutočné telá<1 и зависит как от природы тела и состояния его поверхности, так и от температуры. В частности, для вольфрамовых нитей электроламп накаливания зависимость от T má tvar znázornený na obr. 4.
Meranie energie žiarenia a teploty elektrickej pece je založené na Seebeckov efekt, ktorý spočíva vo výskyte elektromotorickej sily v elektrickom obvode pozostávajúcom z viacerých rozdielnych vodičov, ktorých kontakty majú rôznu teplotu.
Vznikajú dva rozdielne vodiče termočlánok , a sériovo zapojené termočlánky sú termočlánky. Ak sú kontakty (zvyčajne prechody) vodičov pri rôznych teplotách, potom v uzavretom okruhu vrátane termočlánkov vzniká termoEMF, ktorého veľkosť je jednoznačne určená rozdielom teplôt medzi horúcimi a studenými kontaktmi, počtom pripojených termočlánkov. v sérii a povahe materiálov vodičov.
Veľkosť termoEMF vznikajúceho v obvode v dôsledku energie žiarenia dopadajúceho na spoje tepelného stĺpca sa meria milivoltmetrom umiestneným na prednom paneli meracieho zariadenia. Stupnica tohto zariadenia je odstupňovaná v milivoltoch.
Teplota čierneho telesa (pec) sa meria pomocou termoelektrického teplomeru pozostávajúceho z jedného termočlánku. Jeho EMF sa meria milivoltmetrom, ktorý je tiež umiestnený na prednom paneli meracieho zariadenia a je kalibrovaný v °C.
Poznámka. Milivoltmeter zaznamenáva teplotný rozdiel medzi horúcimi a studenými spojmi termočlánku, takže na získanie teploty pece je potrebné pridať izbovú teplotu k údaju zariadenia.
V tejto práci sa meria termoEMF termočlánku, ktorého hodnota je úmerná energii vynaloženej na ohrev jedného z kontaktov každého termočlánku kolóny, a teda svetelnosti energie (v rovnakých časových intervaloch medzi meraniami a konštantná oblasť žiariča):
Kde b– koeficient proporcionality.
Vyrovnaním pravých strán rovnosti (19) a (22) dostaneme:
s× T 4 =b×e,
Kde s- konštantná hodnota.
Súčasne s meraním termoEMF termokolóny sa meria teplotný rozdiel Δ t horúce a studené spoje termočlánku umiestneného v elektrickej peci a určujú teplotu pece.
Pomocou experimentálne získaných hodnôt teploty úplne čierneho telesa (pec) a zodpovedajúcich hodnôt termoEMF termokolóny určte hodnotu koeficientu úmernú
sti s, ktorý by mal byť rovnaký vo všetkých experimentoch. Potom nakreslite závislosť c= f(T), ktorá by mala vyzerať ako priamka rovnobežná s teplotnou osou.
V laboratórnych prácach sa teda stanovuje povaha závislosti energetickej svietivosti absolútne čierneho telesa od jeho teploty, t.j. Stefan-Boltzmannov zákon je overený.
