Справочная книга по светотехнике - Айзенберг Ю.Б.
Скачать (прямая ссылка):
4.2. ТЕПЛОВЫЕ ИЗЛУЧАТЕЛИ
4.2.1. ЗАКОНЫ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Основные законы теплового излучения установлены для идеализированного тела, называемого черным телом, полным излучателем или излучателем Планка. В качестве него принято тело, которое поглощает все падающие на пего излучения (коэффициент поглощения а=1) независимо от длины волны, направления падения и состояния поляризации.
Закон Кирхгофа (1859 г.). В любой точке поверхности теплового излучателя при любой температуре и длине волны отношение спектральной плотности энергетической яркости в заданном направлении к спектральному коэффициенту поглощения неполяризованно-го излучения в противоположном направлении не зависит от рода излучателя и равняется спектральной плотности энергетической яркости черного тела при той же температуре и длине волны. После интегрирования по всем направлениям полусферы получаем:
me (X, Т)/а (X, Т) = mes (X, Т), (4.1)
где m, (X, Т) — спектральная плотность энергетической светимости тела (Вт/м2); m,t (X, Т) — то же для черного тела; а (X, Т) — спектральный коэффициент поглощения тела при температуре Т.
Закон Стефана — Больцмана (1879 г., 1884 г.) определяет соотношение между энергетической светимостью черного тела М„ (Вт/м2) и его температурой:
Mes = oT*, (4.2)
где сг=5,67-10_в Вт/(м2'К4) — постоянная Стефана— Больцмана.
Закон Вина (1893 г.) устанавливает, что произведение длины волны, соответствующей максимуму спектральной плотности энергетической светимости тела, на его абсолютную температуру есть величина постоянная:
^тах Т = Ь, (4-3)
где 6 = 2898-103 нм-К — постоянная Вина.
Рис. 4.1. К определению различных КПД излучения черного тела [29]:
Л.1 — 380 нм; Я.2- 770 мм.
Из (4.3) следует, что при повышении температуры черного тела максимум спектральной плотности энергетической светимости смещается в сторону более коротких волн.
Закон Планка (1900 г.) устанавливает распределение спектральной плотности энергетической светимости черного тела в зависимости от температуры:
mes (К, Т) = CjA,-5 (ес'^т — l)_ (4.4)
где Ci = 2nhco =3,742-10-16 Вт-м5; C2 — hco/k— 1,439X X10-J м-К; Л=6,626-10-34 Дж-с — постоянная Планка; с0 = 299792,5• 103 м/с — скорость света в вакууме; й= 1,380662-10-23 Дж/К — постоянная Больцмана.
Коэффициент полезного действия излучения черного тела определяется спектральным распределением излучения при температуре Т (рнс. 4.1, кривая /). Площадь Л, ограниченная этой кривой и осью абсцисс, соответствует потоку излучения, а заштрихованная горизонтальными штрихами площадь At — потоку излучения, приходящемуся иа видимую область спектра. Небольшая площадь Л2 с двойной штриховкой соответствует воспринимаемому человеческим глазом потоку излучения, который называется световым потоком Ф1.
Световая отдача черного тела имеет максимальное значение rirJm„, = 89,5 лм/Вт при Г = 6600 К (r)„Jm<.* = = 683т|Св«, где т|св« — световой КПД излучения черного тела [29]).
Все реальные, тела являются либо серыми (спектральный коэффициент излучения у них меньше 1 и не зависит от длины волны), либо селективными (избирательными), у которых спектральный коэффициент теплового излучения зависит от длииы волны. Тепловое
’ Далее везде световой поток обозначен Ф без индекса t’
54
Источники оптического излучения
(Разд. 4
Таблица 4.1. Классификация искусственных тепловых излучателей
Класс
Подкласс
Характерны® представители
1 Электрнче* ские излучатели
2. Тепловые излучатели, основанные на сжигании [4.8}
1.1. Электрические ЛН с вольфрамовыми телами накала. работающими в вакууме или инертном газе [29. 4.1)
1.2. Источники с открыты* мн металлическими н неметаллическими телами накала, работающима ка воздухе [4.8]
2.1. Калкльаые источники
2.2. Пламенные источники
2.3. Газовые беспламенные излучатели
1.1.1. Лампы общего назначения
1.1.2. Лампы местного освещения
1.1.3. Транспортные лампы
1.1.4. Лампы для сигнализации и индикации
1.1.5 Лампы для оптических систем и приборов
1.1.6. Метрологические лампы
1.1.7. Лампы для технологических целей
1.1.8. Лампы для специальных светотехнических систем и установок
1.2.1. Эталонные и образцовые излучатели
1.2.2. Излучатели для технологических целей
1.2.3. Дуговые лампы с угольными электродами [24]
2.1.1. Источники на жидком горючем
2.1.2. Источники на газообразном горючем
2.2.1. Пламя твердых ве-щестг
2.2.2. Пламч горючих жидкостей
2.2.3. Пламя горючих газов
2.3.1. Излучатели с ренннм сжиганием
2.3.2. Излучатели с ружным сжиганием
внут-
Вакуумиые, газополиые и галогенные лампы общего освещения Лампы для освещения рабочих мест
Автомобильные; железнодорожные; судовые; самолетные лампы Миниатюрные; сверхминиатюрные; коммутаторные; светофорные; маячные; специальные сигнальные- лампы в цилиндрических колбах на 127 н 220 В
Кинопроекционные; для оптических приборов; прожекторные; лампы-фары Светоизмерительные лампы силы света н светового потока; пирометрические лампы; лампы с окнами-фильтрами: ламм.ы—«черное тело* Инфракрасные зеркальные лампы; галогенные лампы инфракрасного излучения; лампы для фотографии и др.
