CURS4 - Lucrarea 1 - Fizica atmosferei
-
Upload
sorinopris -
Category
Documents
-
view
9 -
download
2
description
Transcript of CURS4 - Lucrarea 1 - Fizica atmosferei
-
Metode optice pentru masuratori
Pirometre de radiatie
Legile care stabilesc legtura dintre energia radiat i temperatur sunt legile radiaiei termice, legi enunate de Stefan-Boltzmann i Planck. Aceste legi arat c un corp radiaz energie termic la orice temperatura si ca o crestere a temperaturii provoaca o crestere a energiei radiate. Dupa principiul lor de functionare pirometrele cu radiatie se mpart n :
a) pirometre de radiatie totala (integrale) avand la baza legea Stefan-Boltzmann, b) pirometre optice cu disparitia filamentului (spectrale) bazate pe legea lui Planck
a) Pirometre de radiatie totala (pirometrul integral) Funcionarea pirometrelor de radiaie const n transformarea energiei radiante n
energie electric prin intermediul unui termocuplu cruia i se cunoate funcia dependenei de temperatur a tensiunii termoelectromotoare n cazul emisiei corpului negru. Astfel determinnd tensiunea termoelectromotoare produs de radiaia termic a corpului studiat, se poate cunoate temperatura rT a corpului negru corespunztor i mai departe temperatura real T a corpului.
Legea care stabilete emitana energetic integral pentru corpul negru este legea Stefan Boltzmann:
4TM e = (1) Pentru corpul gri (cenuiu) legea Stefan Boltzmann este:
( ) 4. TTM Tgrice = unde T este coeficientul de emisie energetic integral.
Aceeai cantitate de energie eM emis n unitatea de timp de catre unitatea de suprafa emitoare de un corp cenuiu aflat la temperatura T poate fi emis i de un corp negru, dar la o temperatura mai mica rT numit temperatura de radiaie.
4re TM = (2)
Din (1) i (2) avem: ( ) ( )regrice TMTM =. , de unde rezult 444 Tr
TrT
TTT
==
Avantaje: a) msurarea temperaturii se face fr contact; b) limita superioar de msurare a temperaturii este teoretic nelimitat; c) pot fi utilizate pentru msurri de temperatura n medii n care condiiile fizice fac
imposibil aplicarea altor metode.
b) Pirometre optice cu disparitie de filament Funcionarea pirometrelor optice au la baza compararea, respectiv egalarea structurii
monocromatice a doua surse luminoase, folosindu-se sensibilitatea ochiului operatorului. n cazul corpurilor negre am obinut emitana energeti spectral n scara lungimilor de
und n forma:
-
1exp
122
3
pi=
Tkhc
hM
B
e
Se poate obine emitana energetic spectral n scara lungimilor de und
1exp
125
pi
=
Tkhc
hcM
B
e
Formula lui Wien valabil pentru frecvene mari
= T
aaM e 23
1 exp poate fi
adus n forma :
= T
ccM e1
exp1 251 (valabil la lungimi de und mici), cu
Bkhcc /2 = . Pentru corpurile cenusii formula lui Wien poate fi scris introducnd factorul spectral de
emisie al corpului gri:
= T
cc
M Tgric
e
1exp 25
1,
.
Definim temperatura de strlucire (pentru un interval ngust de lungimi de und) a unui corp cu temperatura real T, ca fiind temperatura ST a corpului negru care, pentru aceeai lungime de und, are aceeasi emitana spectral cu cea a corpului aflat la temperatura T.
=
ST T
cc
Tcc 2
512
51
,expexp
= TT
c
sT
11exp 2
,
de unde rezult rapid:
+=
+= ln
ln112
2,
2 s
sT
s TcTc
TcTT
Schema de principiu a pirometrului cu dispariie de filament este prezentat mai jos, unde: 1 - corp incandescent; 2 - obiectiv (lentila) 3 - filtru de absorbie cnd
CT o1300> ; 4 - lamp; 5 -filtru monocromatic; 6 - obiectiv (lentil); 7 - ocular; 8 - ochiul operatorului; 9 - sursa de alimentare reglabil
Birefringena natural. Anizotropia provocat. Fotoelasticimetria.
Fenomenul de birefringen sau dubl refracie const n producerea a dou raze refractate pentru o singur raz incident. Fenomenul este caracteristic cristalelor anizotrope.
Exceptnd cristalele din sistemul cubic, toate celelalte cristale prezint n mod natural fenomenul de birefringen. Birefringena natural a fost pus n eviden pentru prima oar de Erasmus Bertholin (1669) la trecerea luminii printr-un cristal de calcit (spat de Islanda,
-
3CaCO ). Pentru lungimea de und 5893= acest cristal are indicii de refracie 658.10 =n i 658.1486.1 en .
Spatul de Islanda cristalizeaz n sistemul romboedric cu unghiul dintre muchii de 1020 (Fig.) i prezint axa de simetrie OO. Dac rotim cristalul n jurul direciei SI a undei incidente, se constat c raza ordinar pstreaz direcia, iar raza extraordinar se rotete odat cu cristalul.
Razele ordinar i extraordinar sunt polarizate liniar n plane perpendiculare ntre ele. Direcia de vibraie (oscilaie a vectorului E
r) a razei
extraordinare se afl n planul seciunii principale, iar direcia de vibraie a razei ordinare este perpendicular pe planul sectiunii principale (plan format de raza incident S i direcia axei optice OO).
Msura birefringenei unui cristal este dat de diferena dintre indicele de refraie ordinar on i indicele de refracie extraordinar en :
0nnn e = n afar de birefringena natural exist i birefingen provocat prin diverse
mecanisme: birefringenta mecanic, electric (efect Keer, efect Pockels), magnetic (efect Cotton-Mouton) sau dinamic (efect Maxwell).
Birefringena mecanic (descoperit de Brewster - 1816) const n apariia unei anizotropii ntr-un corp amorf cnd acesta este supus unei deformri mecanice. Axa optic este pe direcia aciunii forelor de comprimare sau ntindere. Birefringena este caracterizat de relaia:
SFCnn oe =
unde C este o constant de material, iar F i S sunt fora, respectiv suprafaa pe care acioneaz aceasta. Efectul este utilizat intens n determinarea optic a tensiunilor induse n piese sub aciunea forelor exterioare.
Procedeul, numit fotoelasticimetrie, const n a confeciona dintr-un material transparent (plexiglas) un model al obiectului care intereseaz i a supune modelul unor solicitri asemenea celor reale. Piesa din plexiglas este plasat ntre dou prisme Nicol (polarizorul P, respectiv analizorul A) avand axele de trecere perpendiculare. Asta nseamn c lumina de la sursa optic este complet obturat.
n momentul n care piesa este supus diverselor solicitri mecanice, extincia dispare,corpul fiind brazdat de diverse franje colorate (franjele izocrome corespund acelorai valori ale birefringenei). Anizotropia provocat i evaluat optic prin mrimea i semnul diferenei oe nn d informaii asupra distribuiei eforturilor mecanice n model i implicit n piesa real. n felul acesta se va cunoate locul sau suprafaa din pies ce necesit un tratament special de calire, aliere sau durificare.
0102 078
I S
O
O
Er
Er
e
o
Fig.
-
Birefringena dinamic (efectul Maxwell) const n apariia unei anizotropii optice n fluide vscoase aflate n curgere laminar, dar n care exist un gradient de vitez. Dac se consider o und care se propag n direcia Oz ntr-un fluid n care exist un
gradient al vitezei y
vx
, atunci birefringena este:
yv
constnn xe
= 0
Fenomenul este atribuit orientrii moleculelor cu lanuri lungi sub aciunea gradientului de vitez i este utilizat n studiul polimerilor.
Msurarea distanelor, vitezelor de deplasare i a acceleratiilor. (v. fisierul in format .ppt)
P
Proba
A
Fr