ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 2
-
60
-2.6. ĐO NHIệT Độ BằNG PHƯƠNG PHáP GIáN TIếP
Qúa trình trao đổi nhiệt giữa các vật có thể diễn ra dới hình thức bức xạ nhiệt,
không cần các vật đó trực tiếp tiếp xúc với nhau. Bức xạ nhiệt chính là sự
truyền nội năng của vật bức xạ đi bằng sóng điện từ. Khi một vật khác hấp thụ
sóng điện từ của vật bức xạ thì sóng điện từ đó lại đợc chuyển thành nhiệt
năng.
Bất kỳ một vật nào sau khi nhận nhiệt thì cũng có một phần nhiệt năng
chuyển đổi thành năng lợng bức xạ, số lợng đợc chuyển đổi đó có quan hệ
với nhiệt độ
. Vậy từ năng lợng bức xạ ngời ta sẽ biết đợc nhiệt độ của vật.
Dụng cụ dựa vào tác dụng bức xạ nhiệt để đo nhiệt độ của vật gọi là hỏa kế
bức xạ, chúng thờng đợc dùng để đo nhiệt độ trên 600
0
C .
Nếu bức xạ có bớc sóng
= 0,4 ữ 0,44 àm tím than

= 0,44 ữ 0,49 àm xanh đậm - xanh da trời


= 0,49
ữ
0,58
à
m

một đơn vị diện tích của vật và xảy ra trên một đơn vị độ dài sóng.
Cờng độ bức xạ đơn sắc :



d
dE
E =
( W/m)
Dựa vào năng lợng do một vật hấp thụ ngời ta có thể biết đợc nhiệt độ của
vật bức xạ nếu biết đợc các quan hệ giữa chúng.
Ngời ta có thể đo nhiệt độ bằng cách sử dụng các định luật bức xạ nhiệt.
2.6.1. Những định luật cơ sở về bức xạ nhiệt
a- Định luật Planck:

Đối với vật đen tuyệt đối thì quan hệ E
o

và T bằng công thức :

1
5
1
1.
2






.T < 0,3 cm.K thì sử dụng công thức trên là khá
chính xác.
b- Định luật Stefan-Boltzman:
Cờng độ bức xạ toàn phần của vật đen tuyệt đối liên hệ với nhiệt độ của nó
bằng biểu thức :
4
100






==


T
CdEE
o
o
oo


, C
o
= 5,67 W/m.

K
4


Ngời ta ứng dụng các định luật để làm các hỏa kế :
- Hỏa kế quang học : T = f(E
o

) ( chính xác )
- Hỏa kế b/xạ toàn phần : T = f (E)
- Hỏa kế so màu sắc : T = f








20
10


E
E 2.6.2.1. Hỏa kế quang học 1- vật cần đo nhiệt độ 2- thấu kính (kính vật) 3- vòng đ/chỉnh
4- kính mờ 5- bóng đèn 7- kính đỏ (bộ lọc)
6-vòng đ/chỉnh 8- kính mắt ( ống nhòm ) 9- biến trở
Nguyên lý làm việc của hỏa kế quang học : so sánh cờng độ sáng của vật cần
đo với cờng độ sáng của một nguồn sáng chuẩn đó là bóng đèn sợi đốt
vonfram sau khi đã đợc già hóa trong khoảng 100 giờ với nhiệt độ 2000
o
C, sự
phát sáng của đèn ổn định nếu sử dụng ở nhiệt độ 400
ữ 1500
o
C. Cờng độ
sáng có thể đợc điều chỉnh bằng cách thay đổi dòng đốt hoặc dùng bộ lọc ánh
sáng. Đầu tiên hớng ống kính về phía đối tợng cần đo, điều chỉnh kính vật

- Nhiệt độ đo đợc bằng phơng pháp này gọi là nhiệt độ sáng T
S
các hỏa kế
quang học đợc chia độ theo bức xạ của vật đen tuyệt đối nên khi đo thực tế ta
đợc nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ thật T
S
< T
t
.
Trong thực tế khi đo nhiệt độ của vật có T < 3000
o
C với bớc sóng trong
khoảng 0,4
ữ 0,7 àm thì mật độ phổ bức xạ của vật đen tuyệt đối có quan hệ
với nhiệt độ theo định luật Planck
T
C
eCE



2
5
10


=
còn đối với vật thật
T
T

S
là nhiệt độ khi cờng độ bức xạ của vật đen tuyệt đối bằng cờng độ bức xạ
của vật đo.
So sánh bằng mắt tuy thủ công nhng vẫn đảm bảo độ chính xác nhất định. Vì
cờng độ sáng thay đổi nhiều hơn gấp 10 lần sự thay đổi của nhiệt độ.
Nhận xét: Giá trị độ đen


ứng với

= 0,65
à
m của các vật đợc ngời ta xác
định và lập thành lập bảng cho sẵn trong sổ tay.
Trong một số trờng hợp


khó xác định chính xác thì phải tìm cách tạo
trờng hợp tơng tự sao cho


= 1.
Ví dụ :
Hỏa kế quang học đo nhiệt độ gang nóng chảy, kim đồng hồ chỉ2000
o
K xác định nhiệt độ thật của nó.
Tra bảng với gang ta có


1- Đèn quang điện 2- Kính vật 3- Kính lọc
4- Máy điều biến sóng ánh sáng kiểu chấn động điện từ 5- Màng điều tiết
6- Bóng đèn 7- Vật cần đo 8- Bộ khuyếch đại điện tử
9- Gơng phản xạ 10- Kính mắt 11- Bộ phận chứa đèn quang điện
12- Hộp điện 13- Bphận ổn áp 14- Điện thế kế điện tử
15- Biến áp cách ly.
Phạm vi đo 600ữ2000
o
C đặc biệt khi sử dụng kính mờ có thể đo đến 4000
o
C.
2.6.2.3. Hỏa kế bức xạ toàn phần

Nguyên lý : ứng dụng định luật bức xạ toàn phần của Boltzman