Поиск
Рекомендуем ознакомиться
Главная > Исследование
| Информация о документе | |
| Дата добавления: | |
| Размер: | |
| Доступные форматы для скачивания: |  |
Министерство образования и науки, молодежи и спорта Украины
Национальный технический институт Украины
«КПИ»
Лабораторная работа №1
Исследование излучательной способности материалов
Выполнил:
Студент группы:
Киев 20
Лабораторная работа № 1
Исследование излучательной способности материалов.
Цель работы - изучение терморадиометра и получение навыков г , ты с ним; измерение коэффициента теплового излучения и исследование его зависимости от типа материала и состояния его поверхности; определение энергетической светимости образцов материалов в заданных спектральных диапазонах.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.Закон инфракрасного излучения нагретых тел .
2. Общие понятия.
Все тела, температура которых отличается от абсолютного нуля (-273°С), являются источниками инфракрасного излучения. Характер излучения зависит от агрегатного состояния вещества. Согласно теории Бора, из лучение энергии связано с переходами атомов или молекул с более энергетических уровней на более низкие. Эти переходы сопровождаются испусканием квантов, энергия которых
(1.1)
где:
- постоянная Планка;
- скорость света в вакууме;
- длина волны;
-энергии соответствующие уровням n и m.
Инфракрасное излучение является частью оптического излучения и занимает в спектре электромагнитных волн диапазон, характеризуемый длинами волн от 0.76 до 1000 мкм.
Инфракрасное излучение занимает протяженную спектральну область, которая примыкает с одной стороны к видимому излучению, а к другой - к электромагнитным колебаниям радиодиапазона. Эту область спектра делят на четыре части: ближнюю ( = 0.76...3 мкм), среднюю ( =3…6мкм), дальнюю ( = 6...15 мкм), и очень далекую ( = 15...1000 мкм). Инфракрасное излучение, так же как и видимый свет распространяется однородной среде по прямой линии, может отражаться, преломляться, претерпевать дифракцию, интерференцию и поляризацию.
Скорость распространения инфракрасных лучей равна скорости све та. Разделяют три вида излучателей: абсолютно черное тело (АЧТ),серые те ла и селективные излучатели. АЧТ испускает и поглощает теоретически возможный максимум излучения, это чисто идеализированное понятие. Большинство твердых тел имеет распределение энергии по спектру такого же характера, как и у АЧТ, имеющего такую же температуру, не зависит от длины волны и называется коэффициентом теплового, излучения. У селек тивных излучателей коэффициент теплового излучения зависит от ряда па раметров излучателя.
1.2 Энергетическая светимость
Энергетическую светимость АЧТ, Вт/м2, т.е. поток, излучаемый еди ницей поверхности в диапазоне длин волн о... , определяет закон Стефа на- Больцмана:
Ме = , (1.2)
где Т-температура АЧТ, К;
= 5,7х Вт/ -постоянная Стефана-Больцмана.
Для "серых" тел закон Стефана-Больцмана имеет вид:
Ме = (1.3)
Коэффициент теплового излучения -величина безразмерная, харак теризует долю суммарного по спектру излучения данного материала от из лучения АЧТ, имеющего ту же температуру.
Коэффициент теплового излучения зависит от материала излу чающей поверхности материала, ее температуры Т, состояния и степени окисления. С увеличением шероховатости поверхности коэф фициент теплового излучения повышается.
Коэффициент теплового излучения воды близок к единице, практиче ски слой воды толщиной 0,2...0,3 мм можно считать АЧТ.
1.3 Спектральная плотность энергетической светимости
Так как чувствительные элементы телевизионных приборов воспри нимают не суммарный поток излучения объекта, а поток излучения в определенном спектральном диапазоне, необходимо знать распределение энерге тической светимости по длинам волн. Спектральная плотность энергети ческой светимости АЧТ по закону Планка имеет вид:
, (1.4)
где и -постоянные величины, связанные со скоростью света в вакууме, постоянной Больцмана и постоянной Планка.
Положение максимума спектральной плотности потока излучения АЧТ определяется законом Вина:
(1.5)
где C = 2897,8 мкм К.
Максимальное значение спектральной плотности энергетической све тимости
АЧТ:
где = 1,2864 х105 Вт/м2 мкм
1.4 расчет энергетической светимости в заданном спектральном ин тервале.
Энергетическую светимость АЧТ в заданном спектральном интервале ... рассчитывают с помощью табличных функций
в зависимости от безразмерных значений величины
(1.6).
Для серого тела
(1.7) Значения
функций (Z) приведены в таблице 1.
ПРИМЕР РАСЧЕТА
Определить энергетическую светимость серого тела с коэффициентом теплового излучения = 0,8 , и t = 427°С (Т=273 + 427 = 700К) в спектраль ном диапазоне 8,...,13мкм.
Решение 1. По формулеё (1.5) определяем длину волны соответ ствующую максимуму спектральной плотности энергетической светимости:
= 2898/Т = 4,14 мкм
Рассчитываем безразмерные величины =
8/4,14=1,93; 13/4,14 = 3,14
По таблице 1. находим относительные значения спектральной плотности энергетической светимости Z(
Z(1,93)0,70: Z(3,14)0,90
По формуле (1.7) рассчитываем энергетическую светимость в спек тральном диапазоне 8,.., 13 мкм,
ОПИСАНИЕ ТЕРМОРАДИОМЕТРА ТРМ "И"
Терморадиометр ТЕМ "И" предназначен для качественной оценки коэффициента теплового излучения исследуемых поверхностей и позволяет проводить ориентировочные абсолютные измерения коэффициента тепло вого излучения по модели черного тела, входящего в состав комплекта при бора. В комплект прибора входят также образцы сравнения с известными коэффициентами излучения. Терморадиометр имеет пределы измерения ко эффициента излучения от 0,003 до 0,99, область спектральной чувствитель ности от 4 до 40 мкм. В основу его работы положен метод сравнения пото ков теплового излучения, отраженных от зеркальной поверхности модуля тора и от поверхности исследуемого объекта.
Величина сигнала снимаемого с преобразователя колебаний ин фракрасного излучения в электрический сигналы (болометра), пропорцио нальная разности этих потоков , которая имеет место из-за поглощения излучения при отражении от исследуемой поверхности и зависит от коэф фициента излучения этой поверхности. Следовательно, между коэффи циентом излучения исследуемых поверхностей и сигналом, поступаемым в измерительную схему терморадиометра, существует прямо пропорциональная зависимость.
2.1 Оптическая схема терморадиометра.
Основным элементом оптической схемы терморадиометра является эллипсоид вращения 1 (см.рис.1), в одной из фокальных плоскостей которо го расположена приемная площадка на болометре 4, в другой-исследуемая поверхность объекта.
Источником излучения служит система, состоящая из нагревателя 2, выполненного в виде модели черного тела, нагреваемой резисторами 3 , и головки болометра 4, расположенной в полости нагревателя. Тепловой по ток, излучаемый источником, модулируется зеркальным модулятором 5, расположенным в непосредственной близости от исследуемого поверхности объекта и плоскости входного окна эллипсоида. Модуляция лучистого пото ка устраняет влияние тепловых помех от различных частей терморадиомет ра.
Отраженный модулированный поток концентрируется с помощью эллипсо ида на приемной площадке болометра, вызывая периодическое изменение ее сопротивления и тем самым изменяя напряжение на болометре.
2.2 Электрическая схема теморадиометра.
Электрическая схема терморадиометра состоит из болометра, полосо вого усилителя инфранизкой частоты (УИНЧ), линейного амплитудного де тектора (АД) и источника питания.
Блок-схема,
поясняющая принцип преобразования
модулированного теплового потока в
электрические сигналы, приведена на
рис.2.
Модулированный тепловой поток от измеряемой поверхности объекта воздействует на термочувствительные элементы болометра, сопротивления которых изменяются по закону изменения теплового потока. В результате на болометре возникает падение напряжения:
переменная составляющая этого напряжения, равна , через конденсатор С подается на вход усилителя УИНЧ. После усилителя напря жения детектируется детектором АД, на выходе которого включен измери тельный прибор ИП. Так как =Р, то показания измерительного прибора ИП будут пропорциональны изменениям теплового потока Р. Конструктивно терморадиометр выполнен из двух отдельных блоков: блока измерительной головки (БИГ) и блока питания и управления (БПУ). Элек трическое соединение БИГ и БПУ. Осуществляется с помощью электриче ского кабеля длинной 2 м. БИГ устанавливается на подставку 5 в перерывах между измерениями. БПУ подключается к электрической сети посредством электрического кабеля.
2.3 Методика проведения измерений.
Для того, чтобы включить прибор, необходимо установить тумблер Сеть на БПУ в положении ВКЛ., при этом загорается сигнальная лампа.
Установите переключатель диапазонов в положение "0-1" и включите модулятор. Установите измерительную головку на зеркало и ручкой «компенсация фона» установите по шкале терморадиометра отсчет 3 деле ния. Затем блок измерительной головки положите на модель черного тела и ручкой «калибровка» установите = 0.99. После чего наложите БИГ на по верхность исследуемого образца и проведите измерения. При значении ко эффициента излучения исследуемой поверхности меньше 0.5 для повыше ния точности, измерения рекомендуется проводить на диапазоне 0-0.5. Оценку коэффициента излучения необходимо проводить быстро, т.к. излу чаемый терморадиометром тепловой поток нагревает исследуемый матери ал, что в ряде случаев (особенно для образцов имеющих малую теплоем кость), может привести к существенному отличию значения е полученному на терморадиометре от реально существующего.
3. Задание.
Ознакомиться с теоретическими сведениями о законах инфрак расного излучения и методикой определения спектральной энергетической светимости.
Ознакомиться с описанием терморадиометра и методикой прове дения измерений.
Произвести измерение коэффициента теплового излучения каж дой поверхности предлагаемых образцов, одна поверхность которого поли рована, а другая обработана наждачным кругом.
Используя полученные результаты, определить энергетическую светимость каждой поверхности образцов в спектральных диапазонах 6... 10 мкм и З0...40мкм при t = 20°С и t = 300°С. Оформить отчет.
Похожие документы:
Программа магистерской подготовки тесно связана с научными исследованиями, проводимыми на кафедре как по неорганической химии, так и по химическому материаловедению.
Программа... способности нанообъектов, наноматериалов, полифункциональных материалов; методы синтеза и исследования неорганических веществ, наноструктур и материалов на ... : ее химические реакции либо излучательный или безызлучательный распад. Фотохимические ...Учебно-методический комплекс курса «основы лазерной физики» Направление Инженер-разработчик гибридных твердотельных лазеров Модуль Переподготовка. Основы лазерной физики и волоконно-оптических систем связи умк
Учебно-методический комплекс... Физической основой этих исследований является способность фемтосекундных лазеров ... носителей в квантовую яму. 5.4 Излучательная и безызлучательная релаксация неравновесных электронов ... полупроводников - основных материалов при создании изделий ...1. Спонтанное излучение, вынужденное излучение и поглощение. Коэффициенты Эйнштейна
Документ... вынужденное поглощение. Применительно к излучательным переходам вводится понятие спектральных ... Физической основой этих исследований является способность фемтосекундных лазеров с ... улучшения механических свойств материалов, таких как износоустойчивость ...Пространство событий
Документ... получения материалов с новыми физическими свойствами, а справа генератор Смирнова, предназначенный для исследования воздействия ... чем в 75 млн. раз. Снижение излучательной способности Солнца вызывает медленное похолодание ...Млечномеда – Философия Сефирного сонцеализма сварги 21 Века
Документ... но произведенное из материалов, энергий и технологий ... качествами: праведностью, способностью к размышлению, способностью к самоуглублению, способностью к исследованию, бесстрастием, ... . раз. Снижение излучательной способности Солнца вызывает мед ...