其他的固定点主要是一些金属的凝固点和气体.ppt

三、热辐射 热辐射是指物体在热平衡时的电磁辐射，由于热平衡时物体具有一定的温度，所以热辐射又称温度辐射。热辐射的波长范围从软X射线至微波，物体向外辐射的能量大部分是通过红外线辐射出来的，红外线在电磁波谱中的位置如图1所示。工程上又把红外线所占据的波段分为四部分，即近红外、中红外、远红外和极远红外。红外线的本质与可见光或电磁波性质一样，具有反射、折射、散射、干涉、吸收等特性，它在真空中也以光速传播，并具有明显的波粒二相性。 红外辐射和所有电磁波一样，是以波的形式在空间直线传播的。它在大气中传播时，大气层对不同波长的红外线存在不同的吸收带，红外线气体分析器就是利用该特性工作的，空气中对称的双原子气体，如N2、O2、H2等不吸收红外线。而红外线在通过大气层时，有三个波段透过率高，它们是2～2.6μm、3～5 μm和8～14 μm，统称它们为“大气窗口”。这三个波段对红外探测技术特别重要，因此红外探测器一般都工作在这三个波段（大气窗口）之内。 黑体是特殊的热辐射体。在同温度下，其辐射能力最大。描述其辐射能量和温度之间的关系有两个重要的定律，它们是普朗克定律和斯蒂芬—玻尔兹曼定律。普朗克定律是由普朗克（Plank）于1900年发现的，它描述了黑体的光谱辐射能量与温度之间的关系。 斯蒂芬—玻尔兹曼定律是由斯蒂芬—玻尔兹曼（Stefan—Boltzmann）于19发现的，它描述了黑体的全波辐射能量与温度之间的关系，公式为：S＝εσT4 式中σ为斯蒂芬—波尔兹曼常数，ε为待测物体表面面元的平均发射率，T为待测物体表面面元的温度，S为物体表面总辐出度。 从上述两公式可知，只要我们用传感器接受到物体的光谱辐射能量或全波辐射能量，我们就能够测量出物体的温度，这就是辐射传感器的基本工作原理。 2．热电效应的物理基础（经典电子理论） 热电偶回路产生的热电动势由(两种导体)接触电动势和(一种导体)温差电动势两部分组成。 ⑴ 接触电动势——珀耳帖(Peltier)电动势 1834年珀耳帖研究了热电现象，他发现当电流流过两种不同金属材料的接点时，接点的温度会随电流的方向产生升高或下降的现象。他提出要发生这种现象，接点处必定存在一电动势，并且电动势的方向随电流方向可逆，我们把这一可逆电动势称为接触电动势，为纪念珀耳帖的发现，又称其为珀耳帖电动势。 接触电动势可以用下图的电子运动过程来解释（唯象）。设NA是金属A的自由电子密度，NB是金属B的自由电子密度，进一步假设NANB，这样在密度差的作用之下，自由电子由A向B扩散，A段失去电子带正电，B段得到电子带负电，这样在AB间形成一内电场EAB，电子在电场力的作用下，又要被拉回到A段去。当然这样的过程不会无限下去，当扩散和形成的电场对电子的作用力相等时，接点处不再出现宏观的电子迁移，即达到动态平衡。当接点所处的温度发生变化时，自由电子在新的状态下达到新的动态平衡。此时在接点处形成一个与接点温度和材料自由电子密度有关的电势。根据经典理论，此电势为： eAB(T):导体A、B的接点在温度T时形成的接触电动势；k: 玻尔兹曼常数；导体自由电子密度；e: 电子电荷 ⑵ 温差电动势 ——汤姆逊（Thomoson）电动势 1851年汤姆逊研究了热电现象，他发现当电流流过一根两端处于不同温度的导体时，导体中除产生焦耳热外，还有一随电流方向改变而吸收或产生热量的现象。他提出要发生这种现象，导体中必定存在一电动势，并且电动势的方向随电流方向可逆，我们把这一可逆电动势称为温差电动势，为纪念汤姆逊的发现，又称其为汤姆逊电动势。 温差电动势可以用下图的电子运动过程来解释（唯象）。设导体两端处于不同的温度T和T0，且TT0。由于金属导体两端的温度不同，则其自由电子的浓度亦不相同，温度高的一端浓度较大（动能较大，大于逸出功的电子数目较多），因此高温端的自由电子将向低温端扩散，高温端失去电子带正电，低温端得到多余的电子带负电，当扩散和形成的电场对电子的作用力相等时，在导体内形成一稳定的与温差和材料特性有关的电动势。根据经典理论，此电势为： σA：汤姆逊系数，指导体A两端的温度差为1时所产生的温差电动势。 ⑶ 回路电动势 当A、B两种金属构成热电偶回路，两端的温度分别为T、T0时，回路中存在两个接触电动势和两个温差电动势，其方向相反，则热电偶回路中的总电势是它们的代数和，即为： 实验指出，当A、B两种不同的金属所构成的热电偶的两端温度分别为T（热端温度）和T0（冷端温度）时，回路电动势与温差有下列近似关系：