Основные положения теории нагрева

Источники света

Электрические источники света можно подразделить на две группы.

1. Источники теплового излучения. Это излучение возникает в результате теплового движения (колебательного или вращательного) молекул и атомов излучающего объекта.

2. Разрядные источники света – это источники, в которых световой поток возникает в результате электрического разряда в газах, парах металлов или в их смесях.

Основные теоретические положения, характеризующие нагрев тел, наиболее хорошо изучены на примере так называемого идеального излучателя − абсолютно черного тела (АЧТ) или, как его иначе называют, – «излучателя Планка». Для реальных излучателей эти положения выполняются с некоторыми отступлениями от идеализированной теории, но эти отступления не носят принципиального характера.

Спектральная плотность j(l) потока излучения является функцией абсолютной температуры тела и принимает различные значения для различных длин волн (рис. 24). Углубленный анализ этих зависи­мос­тей позволил сделать следующие известные из курса физики выводы:

- общий поток излучения (площадь под кривой j(l))пропорционален четвертой степени абсолютной тем­пера­ту­ры тела: F_S ~ T⁴ ( закон Стефана − Больцмана);

- максимальная плотность потока излучения пропорциональна пятой степени абсолютной температуры тела: j(l)_МАК ~ T ⁵;

- длина волны, соответствующая максимальной плотности потока излучения, обратно пропорциональна абсолютной температуре тела:
l_МАК ~ 1/ Т (Закон смещения Вина);

- максимальная плотность потока излучения находится в видимой области спектра при нагреве излучателя до температур, лежащих в диапазоне от 3750 до 7800 К.

В связи с тем, что при изменении температуры нагрева тела меняется спектральный состав излучения, для наблюдателя такое тело будет менять свой цвет от темно-бордового при относительно меньших температурах до темно-красного, красного, желтого и белого – при больших температурах. Это явление можно наблюдать, разогревая металлический гвоздь в пламени газовой горелки.

По этой причине для характеристики излучения различных объектов используется понятие «цветовая температура».

Цветовая температура Т_Ц реального объекта – равна температуре АЧТ, при которой его излучение совпадает по спектральному составу с излучением этого объекта. Международное обозначение цветовой температуры – ССТ (Correlated Color Temperature).

Естественному свету соответствует цветовая температура 6500 К.

Если для ЛН цветовая температура близка к фактической температуре нагрева спирали, то для других ИС она не связана с реальной.

Психологически синие тона воспринимаются как холодные, а красные – как тёплые. Это служит объяснением странной взаимосвязи – чем выше цветовая температура ИС, тем более холодным кажется спектр его излучения.

Световой КПД показывает (рис. 25),какую долю световой поток Ф составляет от полного потока излучения F:

Световой КПД зависит от температуры нагрева объекта (рис. 26) и достигает теоретического максимума равного 14,5% при температуре 6500 К (температура поверхности Солнца). Это объясняется тем, что в процессе эволюции глаз человека приспособился к естественному источнику света. С дальнейшим ростом температуры максимум излучения теплового излучателя выходит из видимой области спектра, и световой КПД уменьшается.

Так как тело накала ЛН разогрето значительно слабее – до 2400…2900 К (вольфрам плавится при 3653 К), то их световой КПД лежит в пределах 1,5…4 %.