книги из ГПНТБ / Левитин И.Б. Инфракрасная техника

И. Б. ЛЕВИТИН

ИНФРАКРАСНАЯ

ТЕХНИКА

«ЭНЕРГИЯ» ЛЕНИНГРАДСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ 1973

6 П 2 . 1 9

Л 36 У Д К 621.384.3

Левитин И. Б.

Л 36 Инфракрасная техника. Л., «Энергия», 1973.

160 С. С ИЛ.

отраслей промышленности, заинтересованных в исследовании

(6) Издательство « Э н е р г и я » , 1973

ПРЕДИСЛОВИЕ

Три рода техники лучистой энергии — светотехника, техника ультрафиолетовых излучений и инфракрасная техника — безусловно тесно связаны между собой. Эта связь основана не только на общей физической сущности излучений оптической области спектра, но и на все более часто используемой общности способов и методов практи­ ческих применений. В качестве доказательства этого можно сослаться на примеры ультрафиолетовых облучательных установок (фотариев, установок для стерилизации воды и т. д.) или установок инфракрасного (лучистого) обогрева помещений, имеющих очень много общих черт с осветитель­ ными установками.

Во многих случаях весьма близки способы генерирова­ ния ультрафиолетовых, инфракрасных и световых излу­ чений. Наконец, методы измерения лучистой энергии (фо­ тометрия) и применяемые для этих целей приемники и аппаратура также имеют много общего для всех трех диа­ пазонов оптической области спектра.

Все это является естественным следствием взаимоза­ висимости и слияния различных, но контактирующих наук и все более часто наблюдаемого использования опыта и методов одной науки в сопредельных науках, всегда при­ водящего к плодотворным результатам.

Вместе с тем каждая из областей лучистой техники имеет свои специфические особенности и использует специальные методы генерирования излучений, приемники излучений и способы их применения, способы измерений и методы практического использования. Знание этих специфических особенностей сопредельных областей лучистой техникиможет принести значительную пользу специалистам, ра­ ботающим в какой-либо одной из этих областей (и главным образом в области светотехники).

магнитных колебаний, по своей физической природе сход­ ной со световыми излучениями. Так же как световые, ин­ фракрасные излучения представляют собой поперечные направлению луча электромагнитные волны; они распро­ страняются от источника прямолинейно в любой однород­

дополняющими друг друга, но не проявляющимися одно­ временно волновыми и корпускулярными свойствами.

Как разновидность электромагнитных колебаний ин­ фракрасные излучения занимают в общем спектре электро­ магнитных волн широкую (значительно большую, чем све­ товые излучения) область, смыкающуюся с одной стороны

с радиоколебаниями миллиметрового диапазона. Длинно­ волновая граница инфракрасных излучений не определена точно и условно относится к длине волны X = 1000 мкм.

5

Широкий диапазон инфракрасных излучений принято

основывается на применяемых в каждом из них физических способах обнаружения и измерения: в ближнем поддиапа­ зоне для этих целей используются те же методы, что и для видимых (световых) излучений, в среднем — лишь неко­ торые сходные методы, в дальнем — только тепловые ме­ тоды.

Для характеристики инфракрасных излучений, кроме длины волны %, измеряемой в микрометрах ( Ю - 6 м) или нанометрах (10~9 м), иногда используют понятие волно­ вого числа V, равного числу длин волн, приходящихся на один сантиметр: ѵ = 1А.

Волновое число измеряется в сантиметрах (см- 1 ). Инфракрасное излучение возникает в результате внут­

ренних физических процессов, протекающих в веществе источника этих излучений — колебательных и враща­ тельных движений атомов и молекул, колебаний узлов решетки, электронных переходов с одних энергетических уровней на другие. Основным способом генерирования инфракрасных излучений является нагревание тел, отчего в ряде случаев эти излучения называются тепловыми.

Инфракрасные излучения были открыты в 1800 г. Вилья­ мом Гершелем при изучении теплового эффекта в различ­ ных участках солнечного спектра: было обнаружено, что наибольший тепловой эффект проявляется за пределами красной части светового спектра, в невидимой области, лолучившей название инфракрасной.

2. Энергетические характеристики инфракрасных излучений

Инфракрасные излучения принято характеризовать энергетической системой величии и единиц. Соответствую­ щие определения, обозначения и терминология, приведен-

1Указанные здесь границы поддиапазонов приняты Комитетом

Е— 1.1 Международной комиссии по освещению (МКО).

6

ные ниже, даны по третьему изданию Международного светотехнического словаря (МСС), разработанного Коми­ тетом Е — 1 . 1 Международной комиссии по освещению (МКО) и утвержденного национальными комитетами (в том числе СССР) МКО и МЭК (Международной электротехни­ ческой комиссии).

Основной величиной является лучистая энергия — энергия, переносимая излучением Q, измеряемая в джоу­ лях (Дж).

Лучистым потоком Ф называют мощность излучения (лучистую энергию за единицу времени):

0 = dQ/dt.

Единицей лучистого потока является ватт (Вт). Энергетическая сила света / есть отношение лучистого

потока ^Ф, исходящего от источника и распространяюще­ гося внутри элементарного телесного угла dQ, содержа­ щего заданное направление, к этому элементарному телес­ ному углу:

/ = ^ Ф Ш .

Единицей энергетической силы света является ватт на

стерадиан (Вт-ср- 1 ).

Энергетическая яркость L есть отношение энергетиче­ ской силы света dl, излучаемой элементом dA поверхности источника в данном направлении, к площади проекции этого элемента поверхности на плоскость, перпендикуляр­ ную направлению излучения (Ѳ — угол между этим направ­

В ряде случаев приходится рассматривать поверхност­ ную плотность лучистого потока, т. е. отношение лучистого потока аФ, приходящегося на элемент поверхности dA, содержащий заданную точку, к площади этого элемента.

Если лучистый поток аФ падает на поверхность dA, поверхностная плотность лучистого потока называется энергетической освещенностью Е:

E = dQ)/dA.

7

называется спектральным распределением данной вели­ чины. Обычно имеют дело с относительным распределением, т. е. спектральной плотностью изменяемой энергетической величины, выраженной относительно некоторого произ­ вольного ее значения.

Интегральные значения энергетических величин опре­ деляются выражениями типа:

я,

или

оо

Таким образом, интегральные значения энергетических величин (при сплошном спектре излучения) численно про­ порциональны площади, заключенной между кривой спек­ трального распределения и осью абсцисс.

Лучистый поток, падающий на тело, в общем случае частично отражается, частично поглощается и частично

где Ф — падающий на тело лучистый поток. Так как по закону сохранения энергии

Ф = Ф р + Ф а + Ф„

то

р + а + т = 1,

при этом для тела, не пропускающего излучение, р + а = 1. Реальные тела отражают, поглощают и пропускают из­ лучения чаще всего избирательно, по-разному для разных длин волн. В связи с этим используются понятия спек­ тральных коэффициентов отражения р (К), поглощения а (X) и пропускания х (К), которые выражаются соответст­

венно:

Р M = Ф». р/Фъ « W = Ф*. Л ; т = Ф*. Л ,

где ФХ і р, Ф^,а , Фь т , Ф^ — монохроматические (при длине

9