41. Аптычная піраметрыя. Размеркаванне энергіі ў спектры выпраменьвання абсалютна чорнага цела. Фатоны. Формула Планка.

Калі ведаць энергію выпраменьвання распаленых цел, можна на падставе законаў цеплавога выпраменьвання вызначаць іх тэмпературу. Сукупнасць метадаў вымярэння высокіх тэмператур, заснаваных на выкарыстанні законаў цеплавога выпраменьвання, называюць аптычнай піраметрыяй. Прылады, якія выкарыстоўваюць для гэтай мэты, называюць пірометрамі. Метады піраметрыі прымяняюць для вымярэння высокіх тэмператур. Прасцейшы пірометр (аптычны пірометр са знікаючай ніткай) мае наступнае ўстройства (рыс. 1). Аб'ектыў Аб факусіруе відарыс даследуемага цела S1 на плоскасць, дзе размешчана нітка спецыяльнай эталоннай лямпы Л. Праз акуляр Ак і чырвоны фільтр (у вобласці = 650 нм) разглядаюць нітку лямпы на фоне відарыса выпраменьваючага цёла. Змяняючы ток напалу ніткі пры дапамозе рэастата К, дабіваюцца, аднолькавай яркасці ніткі і цела. Пры гэтам нітка знікае на фоне відарыса.

П

Рис.1

ры аднолькавай яркасці для дадзенага значэння Л супадаюць і выпраменьвальныя здольнасці ніткі і цела. Шкалу прылады, якая рэгіструе ток напалу, градуіруюць звычайна ў градусах Цэльсія або Кельвінах. Для гэтага праводзяць назіранні за выпраменьваннем абсалютаа чорнага цела пры розных тэмпературах. Па паказаннях гальванометра Г можна меркаваць,

якой тэмпературы абсалютна чорнага цела адпавядае выпраменьванне назіраемай крыніцы. Калі б крыніца была таксама абсалютаа чорным целам, то атрыманая тэмпература была б яго сапраўднай тэмпературай. На самай справе вымераная тэмпература роўная тэмпературы абсалютна чорнага цела, пры якой яго выпраменьвальная здольнасць для пэўнай даўжыні хвалі роўная выпраменьвальнай здольнасці даследуемага цела, г.зн.

(1)

Тэмпературу, якую паказвае прылада ў момант выраўноўвання яркасцей ніткі і цела, называюць яркаснай тэмпературай цела (Тя). Тэмпература Т у формуле (1) з'яўляецца сапраўднай тэмпературай цела.

Сапраўдная тэмпература цела большая за яркасную. Акрамя пірометраў са знікаючай ніткай, існуе шэраг іншых прылад, якія дазваляюць вымяраць яркасную тэмпературу, а значыць і сапраўдную тэмпературу цел.

У якасці прыёмніка выпраменьвання ў радыяцыйных пірометрах акрамя тэрмапары могуць быць выкарыстаны балометры, біметаліч-ныя спіралі, газавыя тэрмометры і інш.

Для вымярэння тэмпературы цел, каэфіцыент паглынання якіх пастаянны ў аптычным дыяпазоне спектра, даследуюць размеркаванне энергіі выпраменьвання ў спектры абсалютна чорнага цела і вызначаюць яго тэмпературу паводле закону зрушэння Віна:

T=b/λ_max

Калі цела, якое вьшраменьвае, не з'яўляецца абсалютна чорным, то закон зрушэння Віна прымяняць нельга. Аднак для некаторых цел размеркаванне энергіі выпраменьвання па спектры можна практычна атаясаміць з размеркаваннем энергіі выпраменьвання некаторага абсалютаа чорнага цела пры некаторай тэмпературы Тк, якую можна вызначыць на падставе закону зрушэння Віна. Гэтую тэмпературу абсалютна чорнага цела, пры якой выпраменьванне абсалютна чорна-га цела блізкае па колеру да выпраменьвання шэрых цел, называюць колеравай тэмперашурай шэрага цела. Для цел, якія валодаюць моцнай селектыўнасцю выпраменьвання, паняцце колеравай тэмпера-туры не мае сэнсу.

Выпраменьванне і паглынанне, а таксама распаўсюджванне святла адбываецца дыскрэтна, асобнымі порцыямі — квантамі. Кванты святла атрымалі назву фатонаў Энергія светлавога кванта, які паглынаецца (выпраменьваецца) пры пераходзе асцылятара з аднаго стану ў другі, прама прапарцыйная частаце выпраменьваемага (паглынаемага) святла: . Улічваючы, што , можна запісаць

Акрамя энергіі, фатон мае масу і імпульс. Масу фатона можна вызначыць на падставе сувязі паміж масай і энергіяй: , адкуль .

формула Планка. Гэтая формула добра ўзгадняецца з вынікамі эксперыментальных даследаванняў залежнасці выпраменьвальнай здольнасці абсалютна чорнага цела ад частаты і тэмпературы Т.