Приймачі та джерела променистої енергії, їх характеристики

Промениста енергія являє собою електромагнітні коливання, обумовлені рухом електронів усередині атомів речовини, що є джерелом променистої енергії. Як відомо, електромагнітні коливання поширюються в просторі зі швидкістю 300000 км/с (зі швидкістю світла). Різні види променистої енергії відрізняються один від одної кількістю коливань у секунду, тобто частотою або довжиною хвилі. До складу сонячного спектра належать як промені не видимі оком – інфрачервоним і ультрафіолетові, так і видимі – світловим, сприйманим органом зору.

Промениста енергія випускається та поглинається окремими порціями (квантами). Величина кванта виражається в ергах – одиницях виміру енергії. Величина кванта пропорційна числу коливань у секунду або оборотно пропорційна довжині хвилі. Отже, величина кванта – запас його енергії – залежить від роду променів і зростає від інфрачервоних до ультрафіолетового. Довжина хвиль у електромагнітному (світловому) спектрі вимірюється мікронами або їх частками.

Джерела променистої енергії розрізняють на:

– теплові,

– люмінесцентні.

Джерело променистої енергії, що дає випромінювання суцільного спектра в межах необхідної спектральної області. Для ультрафіолетової області (210–350 нм) застосовується воднева або дейтерієва лампа.

Джерелом променистої енергії є об'єкт виміру; світловий потік від об'єкта виміру спрямований на фотоелемент. Джерела променистої енергії застосовуються в перетворювачах фотоелектричних пірометрів. Інтенсивність світлового потоку та спектрального розподілу інтенсивності в них є функціями вимірюваної температури тіла.

Джерелом променистої енергії в лампі накалювання є нитка з тугоплавкого металу або тугоплавких сполук металів. З чистих металів найбільш застосовуємим є вольфрам, що переважно і використовується для виготовлення ниток накалювання.

Освітлювальні лампи накалювання або спеціальні електричні газонаповнені лампи без рефлектора з колбою із посрібленою серединою є джерелом променистої енергії. За останнім часом стали застосовуватися екрани темного випромінювання, виготовлені з кераміки, чавуна або сталі. Вони обігріваються газом або електроенергією. Продуктивність камер, обладнаних такими екранами, висока. У порівнянні з конвекційним сушінням виробу сохнуть у 5–15 разів швидше.

Проблема джерел променистої енергії зірок здавна займає розуми вчених. Уперше вона була поставлена найбільше повно Гельмгольцем, який вважав, що поповнення цієї енергії відбувається за рахунок енергії тяжіння, що виходить при стиску зірок. Але незабаром було доведено, що подібної енергії недостатньо для встановлення тривалості існування хоча б Сонця. Резерфорд перший указав, що джерело енергії треба шукати у радіоактивних процесах.

Як джерела променистої енергії найкраще використовувати електролампи накалювання, спеціальні дзеркальні лампи і найбільш дешеві джерела тепла, що дають більш рівномірне нагрівання, ніж лампи – обігріваємі газом металеві або керамічні панелі.

Для оцінки джерела променистої енергії за силою світла необхідні фотометричні виміри. Прилад, призначений для таких вимірів, називається фотометром. У візуальних фотометрах, що використовуються для одержання основних фотометричних даних, звичайно два джерела порівнюються у вигляді двох примикаючи частин поля зору. Джерело, що підлягає опеньку, ставиться в так називаєме дослідне поле. Джерело, з яким він порівнюється, ставиться в поле порівняння. Зона за межами цих полів називається оточенням. Оточення не є предметом виміру, однак воно впливає на сітківку за рахунок ефекту адаптації і, таким чином, впливає на зовнішній вигляд дослідного поля та поля порівняння. Оточення впливає й на точність вимірів.

Є тільки одне абсолютне джерело променистої енергії – ідеальне чорне тіло. Воно повинно складатися з порожньої судини, усередині якого температура однорідна, а випромінювання знаходиться в рівновазі зі стінками.

Для правильного вибору джерела променистої енергії насамперед необхідно з'ясувати, яка область спектра є найбільш ефективною для процесу фотолізу.

Аеродинамічні печі не містять джерел променистої енергії, тому практично виключені місцеві перегріви.

Усяке нагріте тіло є джерелом променистої енергії, причому довжина хвиль випромінювання залежить від температури. Так, шматок металу, нагрітий до 100⁰С, випромінює так називаємі теплові (інфрачервоні) промені, на які людське око не реагує, тому у темряві цей шматок металу людина не бачить.

Для цього застосовують електричну дугу, яка є джерелом теплової і променистої енергії. Електрична дуга випромінює невидимі інфрачервоні та ультрафіолетові і видимі світлові промені. Одночасно при зварюванні відбувається забруднення повітря тонкодисперсним електрозварювальним пилом, окислами сполук свинцю, міді, марганцю, цинку, фтористих сполук, окису вуглецю та азоту. Таким чином, при електрозварювальних роботах для зварників, підсобних робочих і оточуючих людей існують небезпеки опіків бризами металу і променями дуги, роздратування органів зору, отруєння легень і організму, поразки електричним струмом.

Випромінювання плазми. Термічно збуджена плазма завдяки високій температурі є джерелом променистої енергії. Випромінювання плазми породжується зіткненнями того або іншого виду між частками, у результаті яких світлові кванти випромінюються і поглинаються при переході електронів у атомних системах (молекулах, атомах, іонах) з одного енергетичного стану в інший.

Можливе застосування оптичних міток й іншого типу – таких, що є джерелом променистої енергії. Властивість випускати промені того або іншого спектрального складу може бути додано мітці також самим потоком, якщо остання має досить високу температуру. У цьому випадку не потрібно застосування зовнішнього освітлювача для збудження фотоелемента.

В якості потужних джерел світла використовуються газорозрядні ртутні лампи високого та надвисокого тиску. Джерелом променистої енергії в цих лампах високого тиску є електричний розряд між електродами. Ці лампи вибухонебезпечні в робочому і неробочому станах.

Електричні лампи накалювання, широко використовуємі як джерела світла, можуть служити також джерелом випромінювання в ближній інфрачервоній області спектра. Джерелом променистої енергії в електричній лампі накалювання є вольфрамова нитка, розпечена до температури 2400–3000 К, поміщена в запаяній скляній колбі, з якої немає повітря.

Горілочні пристрої цієї групи працюють за принципом короткого полум’я (безполум’яного спалювання газового палива). Поверхня випромінювача нагрівається до 800–900⁰С и стає – джерелом променистої енергії в інфрачервоній частині спектра.

Виготовляється також руберойд із зовнішнім обсипанням алюмінієвою пудрою. Алюмінієва пудра знижує коефіцієнт чорності випромінювання руберойду та обгороджує тим самим конструкцію від теплового впливу джерел променистої енергії.

Великий інтерес являє променеве зварювання, де для нагрівання металу використовують спрямований потік елементарних часток. Променеве зварювання має низку особливостей, які виділяють її серед інших видів зварювання. Джерело променистої енергії може бути вилучений на значну відстань від об'єкта нагрівання, можливе застосування у вакуумі, забезпечуються чистота і стерильність, тому що промінь не вносить у зону зварювання сторонніх часток і забруднень.

Вони складаються з джерела випромінювання та приймача. Джерелами променистої енергії можуть бути різні радіоактивні елементи, електричні лампи і світодіоди. В якості приймачів для цих датчиків застосовують фоторезистори, фотодіоди і фототріоди. Фототріоди мають кращі показники роботи – значна чутливість та вихідна потужність, мала інерційність.

Реакції в зоровому процесі включає відчуття та сприйняття бачення, що належать до області психології. Оцінка джерела променистої енергії належить до області психофізики шляхом констатації рівності або розходження відчуттів.

Фотоелектричні датчики засновані на використанні впливу змін вхідного параметра на інтенсивність світлового випромінювання. Джерелом світлового випромінювання звичайно є лампи накалювання. Іноді як джерело променистої енергії застосовують рентгенівські трубки або штучні радіоактивні речовини.

Швидкість випару води з поверхні вологого термометра підвищується при збільшенні швидкості руху повітря. Тому психрометр Августа використовують тільки для наближених визначень вологості повітря в закритих приміщеннях, де швидкість руху повітря мала. Психрометр установлюють на відстані 1,5–1,6 м від статі, обгороджуючи від джерел променистої енергії.

В існуючих методиках світлового старіння полімерних матеріалів строго регламентується тривалість експлуатації ковпаків до їх чищення або зміни, тому що забруднення ковпака істотно позначається на зміні спектрального складу випромінювання. Середня інтенсивність променистої енергії в дуговому візерометрі складає 0,52 кал/см²·хв (при симетричному розташуванні ламп) і 0,92 кал/см²·хв (при несиметричному). За спектральним складом випромінювання дугових і ртутно-кварцових ламп відрізняється від випромінювання сонця на поверхні землі. Ртутно-кварцова лампа забезпечує одержання УФ-світла підвищеної інтенсивності. Розходження в спектральному складі штучних джерел опромінення знижують прогнозування тривалості терміну служби матеріалу в умовах сонячного опромінення. У зв'язку з цим був розроблений прилад, у якому як джерело променистої енергії були використані ксенонові лампи. Спектральний склад випромінювання цих ламп досить близький до сонячного.

В основі оцінки небезпеки вогненних куль як джерел нагрівання об'єктів, що попадають у зону інтенсивного випромінювання, – закономірності переносу від них теплової енергії. При оцінці випромінювальної здатності вогненних куль враховувалось, що вони являють собою абсолютно чорне тіло. Однак у дійсності вони мають досить низьку випромінювальну здатність.