第三章热辐射的基本规律.ppt

285 第三章 热辐射的基本规律  教学目的：在红外物理（技术）及其应用的科学实践和工程设计中，经常会遇到各种形式的辐射源发出辐射的问题和测量问题，解决这些问题依据的就是本章所学习的几个基本定律。本章要学习的基本规律有基尔霍夫定律、普朗克公式、维恩位移定律、斯特藩-玻耳兹曼定律的基本概念、定义及计算。 学时分配：8 重点、难点：普朗克公式、维恩位移定律、斯特藩-玻耳兹曼定律的基本概念及计算。 引言 热辐射——红外辐射 概念：物体以自身温度而向外发射能量称热辐射，亦称 温度辐射。 在光学范畴内，在可见光范围内的辐射一般称为发光，在红外部分通常称为辐射。 红外辐射的发射和接收是都热交换。红外技术的应用都是基于热交换的。 温度检测技术 1 温度与标定 2 测温方法分类及其特点 3 热膨胀式测温方法 4 热阻式测温方法 5 热电式测温方法 6 辐射法测温 7 新型温度传感器及其测温技术 前言 温度是国际单位制给出的基本物理量之一，它是工农业生产、科学试验中需要经常测量和控制的主要参数； 从热平衡的观点看，温度可以作为物体内部分子无规则热运动剧烈程度的标志； 温度与人们日常生活紧密相关。 1 温标与标定 1．1 温标 经验温标 热力学温标 绝对气体温标 国际实用温标和国际温标 1. 2 标定 温标 为了保证温度量值的准确和利于传递，需要建立一个衡量温度的统一标准尺度，即温标。 利用一些物质的某些物性(诸如尺寸、密度、硬度、弹性模量、辐射强度等)随温度变化的规律，通过这些量来对温度进行间接测量。 温标的发展过程：经验温标 理想热力学温标和绝对气体温标 国际实用温标 经验温标 华氏温标 1714年德国人法勒海特(Fahrenheit)以水银为测温介质，制成玻璃水银温度计。 按照华氏温标，则水的冰点为32℉，沸点为212℉ 经验温标 摄氏温标 1740年瑞典人摄氏(Celsius)提出在标准大气压下，把水的冰点规定为0度，水的沸点规定为100度。 摄氏温度和华氏温度的关系为 T ℉ = t℃ + 32 (1) 式中 T——华氏温度值; t——摄氏温度值。 热力学温标 热力学温标是由开尔文(Ketvin)在1848年提出的，以卡诺循环(Carnot cycle)为基础。 热力学温标是国际单位制中七个基本物理单位之一。 热力学温标为了在分度上和摄氏温标相一致，把理想气体压力为零时对应的温度——绝对零度与水的三相点温度分为273．16份，每份为1 K (Kelvin) 。 绝对气体温标 从理想气体状态方程入手，来复现热力学温标叫绝对气体温标。由波义耳定律： PV=RT (6-2) 式中 P——一定质量的气体的压强； V——该气体的体积； R——普适常数； T——热力学温度。 当气体的体积为恒定(定容)时，其压强就是温度的单值函数。这样就有： T2/T1=P2/P1 国际实用温标 指导思想：尽可能地接近热力学温标，复现精度要高，制作较容易，性能稳定，使用方便； 第一个国际温标是1927年第七届国际计量大会决定采用的国际实用温标，后经多次修订，形成了普遍采用的国际实用温标IPTS一68 ； 1989年7月第77届国际计量委员会批准建立了新的国际温标，简称ITS一90。 ITS一90基本内容为： 重申国际实用温标单位仍为K； 国际摄氏温度和国际实用温度关系为： 把整个温标分成4个温区，其相应的标准仪器如下： ①0.65—5.0K，用3He和4He蒸汽温度计； ②3.0—24.5561K，用3He和4He定容气体温度计； ③13.803K—961.78℃，用铂电阻温度计； ④961.78℃以上，用光学或光电高温计； 新确认和规定17个固定点温度值以及借助依据这些固定点和规定的内插公式分度的标准仪器来实现整个热力学温标。 2 测温方法分类及其特点 根据传感器的测温方式，温度基本测量方法通常可分成接触式和非接触式两大类。 接触式温度测量 非接触式温度测量 接触式温度测量 测温精度相对较高，直观可靠及测温仪表价格相对较低； 由于感温元件与被测介质直接接触，从而要影响被测介质热平衡状态，而接触