Măsurarea temperaturilor înalte - pirometria

Pirometrie

Pirometria se ocupă cu producerea şi măsurarea temperaturilor înalte.

Radiaţiile sunt emise de corpuri sub forma undelor electromagnetice într-o gamă

largă de lungimi de unde. Radiaţia constituie unul din modurile de propagare a căldurii.

Un corp poate emite energie sub formă de radiaţii, sau poate primi radiaţiile emise de alte corpuri. Orice corp radiază energie chiar la temperaturi joase.

Spectrul vizibil fiind cuprins aproximativ între 0,4 – 0,8 μm, la temperaturi mai

mici de 525°C, energia emisă nu este vizibilă, lungimea de undă respectivă fiind mai

mare de 0,8 μm. În acest domeniu, radiaţiile sunt infraroşii (calorice). Prin încălzire,

corpurile emit după radiaţiile infraroşii, radiaţii cuprinse în roşu închis, galben şi mai

târziu alb strălucitor, în care radiaţiile au cele mai diverse lungimi de undă.

Temperatura corpurilor încălzite determină cantitatea totală de energie emisă,

precum şi compoziţia spectrală a acestei energii. Dependenţa de temperatură a radiaţiei

emise de corpurile calde a permis alcătuirea metodelor pirometrice pentru măsurarea

temperaturilor înalte.

Când lumina sau radiaţiile electromagnetice, în general, întâlnesc un corp, o parte se

reflectă pe suprafaţa corpului, iar cealaltă parte pătrunde în interior, fiind absorbite parţial

sau total.

Legile radiaţiei termice care stau la baza pirometriei sunt stabilite pentru un corp care

absoarbe în totalitate radiaţiile incidente. Deoarece proprietatea de a absorbi cea mai mare

parte a radiaţiilor incidente o au corpurile de culoare neagră (negru de platină, negru de fum),

un astfel de corp absorbant integral a primit denumirea de corp negru. În natură nu există

corpuri absolut negre, deci perfect absorbante.

În laborator se poate crea un corp negru sub forma unei incinte sferice înnegrite pe

suprafaţa interioară şi având un mic orificiu prin care pot pătrunde radiaţiile. Când o

relaţie pătrunde în această incintă, suferă reflexii multiple şi la fiecare reflexie este parţial

absorbită. După un număr suficient de mare de reflexii, se poate spune că radiaţia a fost

complet absorbită. În acest fel se realizează practic un corp

negru (Fig. 2).

Dacă sfera absorbantă este confecţionată din porţelan cu coeficientul de absorbţie al peretelui 0,5, o radiaţie care pătrunde în sferă se reflectă de 10 ori, este absorbită astfel încât, ceea ce mai poate ieşi afară este neglijabil. Întradevăr, coeficientul total de absorbţie, după cele 10 reflexii succesive,

Fig.2 este de 0,999, deci foarte apropiat de unitate şi se poate vorbi, în acest caz, de un corp negru.

Energia absorbită de un corp se transformă în căldură şi corpul se încălzeşte. La

temperaturi ridicate, corpul încălzit emite lumină vizibilă care trece treptat de la roşu

închis la alb strălucitor.

Înainte de a prezenta legile fizice ale pirometriei, este necesar să definim mărimile

cu care se lucrează în acest domeniu.

Fluxul energetic Φ sau fluxul radiant este exprimat prin raportul dintre energia

radiată de un corp incandescent şi timpul respectiv. Sub formă diferenţială, fluxul

energetic se scrie:

Intensitatea energetică I a unui izvor de radiaţii punctiform într-o direcţie dată, este

exprimată prin raportul dintre fluxul energetic emis şi unghiul solid elementar respectiv

Strălucirea energetică B sau luminanţa energetică a unui izvor de radiaţii într-un

punct al său şi într-o direcţie dată care face cu normala la suprafaţă un unghi b, este

exprimată prin raportul dintre intensitatea energetică elementară în direcţia considerată şi

proiecţia suprafeţei elementare care cuprinde acel punct, pe un plan perpendicular

direcţiei date:

Radianţa energetică R sau puterea emisivă a suprafeţei unui izvor de radiaţii într-un

punct al său este exprimată prin raportul dintre fluxul energetic emis de o suprafaţă

elementară care cuprinde acel punct şi acea suprafaţă:

Între radianţă şi strălucire există relaţia:

La baza studiului radiaţiilor emise de corpurile calde se află o serie de legi

experimentale descoperite în principal în ultima sută de ani.

Legea lui Kirchhoff arată că între energia V ce poate fi radiată de un corp şi energia A ce poate fi absorbită de acelaşi corp, există un raport care depinde de temperatura

absolută şi lungimea de undă, şi nu depinde de natura corpului

Legea Stefan-Boltzmann arată că radiaţia corpului negru, adică energia emisă în

toate direcţiile de unitatea de suprafeţe a unui corp în unitatea de timp, este proporţională

cu puterea a patra a temperaturii absolute