TRANSFERUL DE CALDURA PRIN RADIATIE.

PIROMETRIA

1. Generalitati

Radiatie termica - procesul de transfer al caldurii de la un corp cu temperatura ridicata la un corp cu temperatura scazuta, corpurile fiind separate in spatiu. Schimbul de caldura prin radiatie se datoreaza naturii electromagnetice a energiei transferate sub forma de cuante de energie.

Termenul de "radiatie" este aplicat tuturor fenomenelor cu unde electromagnetice; in transferul de caldura prezinta interes numai acele fenomene care sunt rezultatul temperaturii si care pot transporta energie printr-un mediu transparent sau prin spatiu. Energia transmisa in acest fel este denumita radiatie termica.

Mecanismul de transformare a energiei termice in energie radianta, pe baza interpretarii lui Planck, se poate prezenta astfel: in urma unui soc termic (dintre molecule, atomi, electroni liberi) in interiorul unui corp, electronii unui atom sunt scosi din starea de echilibru si trec de la un nivel de energie la altul (de pe o orbita pe alta). La revenirea in pozitia initiala      (la nivelul de energie initial), care reprezinta o stare de stabilitate mai mare, energia termica primita in urma socului se elibereaza sub forma undelor electromagnetice care se emit in spatiu.

Radiatia termica este astfel rezultatul transformarii energiei interne a corpurilor in energie a undelor electromagnetice cu o lungime de unda variind intre 0,1.100 μm, cuprinzand domeniul radiatiilor vizibile si infrarosii.

Toate substantele la temperaturi mai mari de 0 K emit energie sub forma de radiatii, ca rezultat al agitatiei atomilor si moleculelor. Cantitatea de energie emisa de unitatea de suprafata creste cu cresterea temperaturii.

Puterea totala de emisie este energia totala radiata de unitatea de suprafata a unui corp, in unitatea de timp, pe toate lungimile de unda (W/m²)

- coeficient reflexie

- coeficient difuzie

- coeficient absorbtie

Coeficientii A,R,D sunt functie de natura corpului, starea suprafetei, temperatura si spectrul radiatiei incidente.

Corpul negru absolut - absoarbe toate radiatiile incidente pe toate lungimile de unda (A=1, R=D=0).

Corpul alb absolut - reflecta toate radiatiile incidente pe toate lungimile de unda (R=1, A=D=0).

Corpul diaterm perfect - transparent pentru toate radiatiile incidente pentru toate lungimile de unda (D=1, A=R=0).

Corpul cenusiu - absoarbe si reflecta in anumite proportii toate radiatiile incidente pe toate lungimile de unda (A+R=1, D=0)

Corpul colorat - absoarbe selectiv radiatiile incidente pe anumite lungimi de unda.

Suprafata lucie - suprafata care reflecta radiatiile incidente intr-o directie determinata.

Suprafata mata - reflecta radiatiile incidente in toate directiile.

Radiatia monocromatica - corespunde unei anumite frecvente de oscilatie sau lungimi de unda.

Radiatia integrala - intregul spectru de radiatie cu λ intre 0 si

Radiatiile termice cuprinse intre lungimile de unda respecta legile radiatiei luminoase.

Factorul de emisie e, este raportul dintre puterea totala de emisie a unui corp oarecare E si puterea totala de emisie a corpului negru E₀.

Intensitatea de radiatie , este energia radiata de unitatea de suprafata, in unitatea de timp, pe o anumita lungime de unda.

Legile radiatiei termice

Legea lui Planck

λ - lungimea de unda (m)

T - temperatura absoluta (K)

Legea Rayleigh - Jeans

Legea lui Wien

Legea Stefan - Boltzman - stabileste pentru corpul negru, pe baza legii lui Planck, dependenta puterii totale de emisie de temperatura absoluta a corpului.

c₀=5.67 W/m²K⁴ - coeficient de radiatie al corpului negru absolut

Legea lui Kirchoff

Puterea totala de emisie a unui corp aflat intr-o incinta adiabata la temperatura T nu depinde de natura lui, ci numai de proprietatea incintei.

Orice corp absoarbe energia radiata pe aceeasi lungime de unda pe care si emite.

PIROMETRIA

Pirometria reprezinta teoria si tehnica masurarii temperaturii prin metode fara contact, pe baza legilor radiatiei.

Pirometrul este aparatul utilizat pentru masurarea temperaturii corpurilor solide si a gazelor luminoase calde, bazat pe proprietatea acestora de a emite radiatii in domeniul vizibil si infrarosu, cu o intensitate crescatoare cu temperatura.

Clasificarea pirometrelor

Functie de parametrul de radiatie folosit:

Pirometre de radiatie;

totala;

partiala;

monocromatica

pirometre de distributie spectrala;

Functie de intervalul spectral:

optice       0.1 . 300 μm;

radiopirometre       500 . 10⁶ μm

Functie de detector:

vizuale;

obiective

Pirometrul Pyrovar HPN

Este un pirometru obiectiv, de radiatie partiala, pentru doemniul de temperaturi -200- 800^oC.

Domeniul spectral 2 . 35 μm

Precizia

Distanta focala 100 mm

Distanta pana la suprafata 0 . 2 m.

Schema circuitului electronic

Pirometrul macromatic (cu disparitia filamentului) - compara iluminarea produsa de o componenta spectrala a sursei de radiatii cu cea produsa de o sursa de referinta, cu stralucire variabila.

Posibilitati de utilizare:

modificarea curentului de incalzire a filamentului;

atenuarea iluminarii produse de raza incidenta printr-o pana optica din sticla cenusie.

Masurarea este subiectiva; se cauta sa se egalizeze intensitatile radiatiilor ambelor surse de lumina.

Clasa de precizie: 1 . 1,5

Distanta: 0.7 . 5 m

1. filament incandescent U₀ - sursa de tensiune constanta;
2. vizor;
3. filtru rosu manometric;
4. lentilele ocularului

VERIFICAREA CUNOSTINTELOR

Cum se defineste corpul negru absolut?

Cum se defineste factorul de emisie?

Care este enuntul Legii Stefan - Boltzman?

Care este schema de principiu al unui pirometru optic?