Жылулық сәуле шығару

     Электр доғасы, қазіргі кезде , күшті жарық көздері  ретінде проекциялық құралдарда, прожектрларда пайдаланылады.

                                 

 

 

 

 

 

                                   Оптикалық пирометрия

     Абсолют қара  денелердің сәуле шығару заңдары  қызған денелердің температурасын  өлшеу үшін де пайдаланылады .Қызған  денелер температурасын осы заңдарға  негіздеп өлшеу методтары оптикалық пирометрия методтары деп аталады.бұл методтардың бір артықшылығы сол, бұларды қолданып өте жоғары температураларды өлшеуге де болады.

     Қызған денелердің  температурасын өлшеудің бір  методы Виннің заңына негізделген. Егер абсолют қара дененің  жарқырау қисығы максимумына  сәйкес толқын ұзындығы () мәлім болса, онда  =    формула бойынша, ол дененің температурасы Т мынаған тең:

        Т=                                                                                       (2.1)                            

     Осы метод  жарқырауының толқын ұзындықтары  бойынша таралуы абсолют қара  дененікіне ұқсас қызған денелер  температурасын табу үшін қолданылады. Егер сәуле шығарушы дене абсолют  қара болмаса, онда (1) формула бойынша  табылған температура денеің  шын температурасы болмайды, оны дененің реңк (түс) температурасы (Тс) деп атайды. Бірсыпыра денелердің бұл температурасының олардың шын температурасынан айырмашылығы тым үлкен болады, сондықтан ондай денелердің  түс температурасын анықтаудв мағына жоқ. Тек шығарған сәулелік энергиясының толқын ұзындықтары бойынша таралуы абсолют қара дененікіне ұқсас ғана денелердің түс температурасын өлшеп, олардың шын температурасын білуге болады. Ондай денелердің түс температурасын білу үшін арнаулы спектрлік приборларды пайдаланып, олар шығарған жарықтың спектрлік құрамын зерттеп, сәулелік энергия ең зор мәніне сәйкес толқын үзындығын  табу қажет болады.

     Абсолют қара  денелердің температурасын Стефан- Больцман заңына сүйеніп табуға  болады. Онда денелердің шығарған  толық сәулелік энергиясы радиациялық пирометр делінетін арнаулы прибормен өлшенеді.

2.1-сурет. Радиациялық пирометр  схемасы

 2.1- сурет сондай пирометр схемасы келтірілген. Мұнда О- объектив, I-қабылдағыш (термопара), G- гальванометр. Қызған S-дене бетінен шыққан сәулелік энергия ағыны O- объективтен өткен соң шоғырланып термопара бетіне түседі де термопара қызады, оның температурасы өзгереді.Температураның қанша өзгергендігі G- гальванометрмен өлшенеді. Пирометр қабылдаған энергия мөлшері жарық көзі жарықтылығына, демек оның температурасына байланысты. Ол температураны қабылдағыш температурасы бойынша анықтауға болады, өйткені S пен I температуралары бір-біріне іліктес. Температурасы мәлім абсолют қара денені пайдаланып пирометр шкаласын градуирлеп алып, одан соң ол пирометрмен кез-келген дене температурасын өлшеуге болады. Дене абсолют қара болмаса, радиациялық пирометрмен өлшенген температура оның шың температурасы болмайды, оны дененің радиациялық температурасы  () деп атайды. Дененің радиациялық температурасы дегеніміз толық сәулелік энергиясы, осы дененің толық сәулелік энергиясына  тең абсолют қара дене температурасы болады.Дененің радиациялық температурасы ()   мен оның шын температурасы (T) өзара байланысты. Атап айтқанда:

                                           T=                                                                (2.2)

k демек қара емес денелердің шын температурасы олардың радиациялық температурасынан биік болады.

     Қызған дене  температурасын оның жарықтылығын  абсолют қара дене жарықтылығымен  салыстыру арқылы да табуға  болады. Ол үшін қылы көрінбей  кететін пирометр делінетін прибор  қолданылады (2.2-сурет).

2.1- сурет. Қылы көрінбей  кететін пирометр схемасы.

 Бұл пирометрдің  объектив фокус жазықтығына қылы жарты шеңбер пішінді L қыздыру лампасы, окулярына таяу шығыны F фильр орнатылған. Фильтрден спектрдің қызыл бөлігіне тән толқын ұзындығы λ 0,66 мкм маңындағы сәулелер ғана өте алады. Реостат (R) көмегімен ток күшін өзгерту арқылы лампа қылы температурасын өзгертуге болады. Зерттеліп отырған қызған денеден шыққан жарық пирометрдің объективінен өтеді де лампа қылы орнатылған жазықтыққа сол дененің кескіні пайда болады. Ол кескін жарықтылығы дене беті жарықтылығына пропорционал. Егер лампа қылы жарықтылығы дене беті жарықтылығынан артық болса, онда оның кескіні түскен орында ол қыл ағарып көрініп тұрады, егер оның жарықтылығы кем болса, онда ол қыл қарауытып көрінеді. Лампа қылы мен кескін жарықтылығы бірдей болса, лампа қылы көрінбейді. Өлшеу жүргізілгенде лампадан өтетін ток күшін өзгерте отырып, лампа қылы мен дене кескіні жарықтылықтары теңгеріледі(қыл көрінбейтін етіледі).

     Абсолют қара  денені пайдаланып пирометр градуирленеді. Одан соң пирометрмен кез-келген  температураларды өлшеуге болады. Егер  зерттеліп отырған дене  абсолют қара дене болса, онда  пирометр оның шын температурасын  көрсетеді. Егер дене абсолют  қара болса, осы методпен өлшенілген  температура оның шын температурасы  болмайды, ол дененің жарықтылық  температурасы () болады. Дененің жарықтылық температурасы оның шын температурасынан кем болады, бірақ бұлар бір-бірімен байланысты. Дененің       температурасын өлшеп, оның шын температурасын табуға болады.Сөйтіп түрліше методтар қолданылып түс температура , раиациялық температура ( және жарықтылық температура () делінетін үш түрлі температура өлшеніледі. Бұлар,әрине шартты температуралар.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          Жылулық сәуле шығарудың сандық сипаттамалары

1. Өлшемі 6,1 пештің тесігінен 1 сек өткенде 8,28 кал(1кал=4.19 Дж) жылу шығатыны бізге белгілі деп алып, пештің температурасын табу керек. Сәуле шығаруды абсолют қара дененің сәуле шығаруындай болады деп есептейміз.

      Шешуі: Пеш тесігінің қуаты мына формуламен анықталады:   N=          (1) 

      Есептің шартына сәйкес сәуле шығару абсолют қара дененің сәуле шығаруындай болғандықтан, Стефан- Больцман заңына сәйкес =- (2), мұндағы =5,67∙ – Стефан- Больцман тұрақтысы. (2)-ні (1)-ге қойсақ, N=S=, бұдан пештің температурасы T=== =1000

      Жауабы: T=1000 

     2. Абсолют  қара денені қыздырған уақыттағы, энергетикалық жарқыраудың максимал спектрлік тығыздығына  сәйкес келетін толқын ұзындығы 0,69-дан 0,5 мкм-ға дейін өзгереді. Осы кезде дененің энергетикалық жарқырауы нешеге өсті?

      Шешуі:

Виннің бірінші заңына сәйкес болса, онда - (1),

- (2) теңдіктің екі жағын теңестірсек, = немесе =   - (3).

Стефан-Больцман заңына сәйкес, абсолютті қара дененің энергетикалық жарқырауы  =-(4), онда =-(5),  (3)ті (5)-ке қойсақ, онда мынаны аламыз:=== 3,6  

     Жауабы: 3,6 есе

 

 

 

 

3.Абсолют қара дене 2900 температурасында тұр. Осы дененің сууы нәтижесінде, оның энергетикалық жарқырауының максимум спектрлік тығыздығы сәйкес келетін толқын ұзындығы 9 мкм –ға өзгереді. Дене қандай   температураға дейін суыды?

     Шешуі:

     Виннің бірінші  заңына сәйкес =   - (1),  =   - (1),  =   - (2), 

 Толқын ұзындығының  өзгеруіне сәйкес келетін максималды  спектрлік тығыздықтың энергетикалық  жарқырауы  , =, (1)-ші және (2)-ні (3)-ке қойсақ, онда =-, ==290 K

     Жауабы: 290 К

 

 

 

 

 

                                              

 

 

 

 

 

 

 

                                           

                                          Қорытынды

     Мен, бұл курстық жұмыста жылулық сәулелену заңдарын толық меңгердім және энергияның жұтылуы дененің ішкі энергиясының өсуін, демек, температураның жоғарылауын туғызатынын ,денелердің энергияны тұрақты түрде шығаруы және жұтуы оңашаланған термодинамикалық жүйеде ақыр аяғында белгілі бір температураның орнығуына алып келтінін білдім.

    Екінші бөлімде  Стефан- Больцман, Виннің формулаларын және заңдарын пайдаланып есептер шығардым.

     Жылулық сәуле  шығару теориясы Кирхгофтың 1859ж. жылулық сәуле шығарудың негізгі  заңын ашқан кезден басталады. Ол қара дене концепциясын  және оның моделін ұсынды. Осы  уақыттан бастап 20 ғ. басына дейін  қара дененің сәуле шығару  проблемасы физикада ең бір  өзекті проблема болып саналды. Бірақта сәуле шығарудың классикалық  теориясы жылулық сәуле шығару  заңдарын, атомдар мен молекулалардың  спектрлерін қанағаттанарлық дәрежеде  түсіндіре алмады. Осы проблемаларды  сәуле шығарудың кванттық теориясы  аясында шешу мүмкін болды. Сәуле  шығарудың кванттық теориясының  басталуына жол ашқан бірінші  жұмысты Планк жариялады (1900).

     Жылулық сәуле шығару -бұл қыздырылған  дененің шығарған жарығы. Күннің жарығы, май шамның жалыны, қыздыру лампасының жарығы, электр доғасы, адам денесінің инфрақызыл сәулесі- мұның бәрі жылулық сәуле шығару мысалдары. Жылулық сәуле шығару әр түрлі жарық көздерінде пайдаланылады. Ол көптеген физикалық жүйелердегі жылулық балансқа едәуір ықпалын тигізеді, мәселен, Жер бетінің орташа температурасын анықтайды. Сәуле шығарудың осы түрінің теориясы физика үшін маңызды, өйткені,бір жағынан сәуле шығару әмбебап, оның табиғаты материалмен де, тіпті атомның құрылысымен де байланысты емес, ал екінші жағынан, жылулық сәуленің пайда болуына жарық пен заттың іргелі термодинамикасы себепші болады да, осы сәуленің қасиеттері атомдардың жарықты кез-келген мөлшерде емес, тек қатаң дискреттік үлестермен (квантармен) шығаруға немесе жұтуға қабілетті екендігіне тікелей нұсқайды.

 

 

 

                                           Пайдаланылған әдебиеттер

1. Е. М. Гершензон, Н. Н. Малов, А. Н. Мансуров,  оптика,                                                                                                             Алматы «Білім» 1996 ж.

2. К. Б. Жұманов, оптика негіздері, Алматы «Қазақ университеті» ,2-бөлім,

 2004 ж.

3. Л. С. Ландсберг, оптика, Москва  1976 г.

4. Н. Қойшыбаев, оптика атом  ядро элементар бөлшекткер, Алматы  2006ж.

5. П.Полатбеков, оптика, Алматы«мектеп» 1981ж.