Большая Советская Энциклопедия (ТЕ)

Большая Советская Энциклопедия

Так, жидкие кристаллы по мере нагревания постепенно изменяют свой цвет (и его оттенки) от красного до фиолетового, причём многокомпонентные смеси холестерических жидких кристаллов имеют температурный интервал цветовой индикации менее 0,1 °С. Термочувствительные краски при нагреве один или два раза изменяют свой цвет (обычно необратимо), фиксируя тем самым одно или два значения температуры, что удобно в тех случаях, когда достаточно узнать, нагрет ли исследуемый объект (например, деталь машины) до некоторой критической температуры. В некоторых полупроводниковых плёнках (особенно в плёнках Se и его производных) с повышением температуры область прозрачности смещается в сторону длинных волн, что позволяет, применяя дополнительный источник видимого света, регистрировать изменение их температуры на 1—5 °С. Применение в Т. люминофоров основано на явлении тушения люминесценции : яркость свечения некоторых люминофоров (например, соединения ZnS CdS Ag Ni). возбуждённых

ультрафиолетовым излучением, резко уменьшается по мере их нагревания. Эти люминофоры позволяют визуально наблюдать изменение температуры на 0,2—0,3 °С, причём эффект тушения полностью обратим. Приборы, основанные на применении люминофоров, позволяют видеть не только тепловые лучи, но и радиоволны (см. Радиовидение ). В магнитных тонких плёнках при нагреве изменяется ориентация осей намагничивания магнитных доменов, ориентирующих, в свою очередь, ферромагнитные частицы коллоидного раствора, нанесённого на поверхность плёнки. Этот «магнитный рельеф», возникающий под действием тепловых лучей, при намагничивании плёнки становится видимым в обычном отражённом свете. Рассмотренные методы Т. реализованы в ряде устройств, получивших название термофотоаппарат, визуализатор, термоинтроскоп, радиовизор и др.

Плёнки вышеуказанных веществ могут наноситься и непосредственно на объект — для изучения распределения температуры его поверхности; это научное направление, получившее название термографии, иногда называется также Т. (в этом случае, однако, регистрируется температура, а не тепловое излучение объекта). К Т. можно отнести также и применение инфракрасных лазеров (например, на парах CO₂ , с длиной волны 10,6 мкм, соответствующей максимуму теплового излучения при температуре 23 °С) в целях просвечивания объектов, непрозрачных для видимого света; оно получило развитие в 70-х гг. Т. находит всё более широкое применение в медицинской и технической диагностике, навигации, геологической разведке, метеорологии, дефектоскопии, при научно-технических исследованиях тепловых процессов, а также в военном деле и т. д. (см. Инфракрасная техника ).

Лит.: Ощепков П. К., Меркулов А. П., Интроскопия, М., 1967; Гуревич В. З., Энергия невидимого света, М., 1973; Левитин И. Б., Инфракрасная техника, Л., 1973; Козелкин В. В., Усольцев И. Ф., Основы инфракрасной техники, М., 1974; Сонин А. С., Степанов Б. М., Приборы на жидких кристаллах, «Природа», 1974, № 11; Клюкин Л. М., Сонин А. С., Степанов Б. М., Фотографируется тепло, «Наука и жизнь», 1975, № 3; Ирисова Н. А., Тимофеев Ю. П., Фридман А. С., Люминесценция позволяет видеть невидимое, «Природа», 1975, № 1.

К. М. Климов, Ю. П. Тимофеев.

Тепловое движение

Теплово'е движе'ние, беспорядочное (хаотическое) движение микрочастиц (молекул, атомов, электронов и др.), из которых состоят все тела. Т. д. — это особая форма движения материи, качественно отличная от обычного механического движения, при котором все части тела движутся упорядоченно. Наиболее убедительным экспериментальным доказательством Т. д. служит броуновское движение . Закономерности Т. д. изучаются термодинамикой , статистической физикой , кинетикой физической . Кинетическая энергия Т. д. прямо пропорциональна абсолютной температуре, входит составной частью во внутреннюю энергию физической системы.

Тепловое излучение

Теплово'е излуче'ние, температурное излучение, электромагнитное излучение, испускаемое веществом и возникающее за счёт его внутренней энергии (в отличие, например, от люминесценции , возникающей за счёт внешних источников энергии). Т. и. имеет сплошной спектр , положение максимума которого зависит от температуры вещества. С её повышением возрастает общая энергия испускаемого Т. и., а максимум перемещается в область малых длин волн. Т. и. испускают, например, поверхность накалённого металла, земная атмосфера и т. д.

Т. и. возникает в условиях детального равновесия в веществе (см. Детального равновесия принцип ) для всех безызлучательных процессов, то есть для различных типов столкновений частиц в газах и плазме, для обмена энергиями электронного и колебательного движений в твёрдых телах и т. д. Равновесное состояние вещества в каждой точке пространства — состояние локального термодинамического равновесия (ЛТР) — при этом характеризуется значением температуры, от которого и зависит Т. и. вещества в данной точке.

В общем случае системы тел, для которой осуществляется лишь ЛТР и различные точки которой имеют различные температуры, Т. и. не находится

в термодинамическом равновесии с веществом. Горячие тела испускают больше, чем поглощают, а более холодные — наоборот. Происходит перенос излучения от более горячих тел к более холодным. Для поддержания стационарного состояния, при котором сохраняется распределение температуры в системе, необходим подвод теплоты к более горячим телам и отвод от более холодных; это может осуществляться как в природных условиях (например, в атмосфере Земли), так и искусственно (например, в лампах накаливания).

При полном термодинамическом равновесии все части системы тел имеют одну температуру и энергия Т. и., испускаемого каждым телом, компенсируется энергией поглощаемого этим телом Т. и. др. тел. В этом случае Т. и. находится в термодинамическом равновесии с веществом и называется равновесным излучением (равновесным является Т. и. абсолютно чёрного тела ). Спектр равновесного излучения не зависит от природы вещества и определяется Планка законом излучения .

Для Т. и. нагретых тел в общем случае справедлив Кирхгофа закон излучения , связывающий их испускательную и поглощательную способности с испускательной способностью абсолютно чёрного тела.

При наличии ЛТР, применяя законы излучения Кирхгофа и Планка к испусканию и поглощению Т. и. в газах и плазме, можно изучать процессы переноса излучения. Такое рассмотрение широко используется в астрофизике , в частности в теории звёздных атмосфер.

Лит.: Планк М., Теория теплового излучения, пер. с нем., Л.— М., 1935; Соболев В. В., Перенос лучистой энергии в атмосферах звезд и планет, М., 1956; Боеворт Р. Ч. Л., Процессы теплового переноса, пер. с англ., М., 1957; Ельяшевич М. А., Атомная и молекулярная спектроскопия, М., 1962.

М. Л. Ельяшевич.

Тепловое расширение

Теплово'е расшире'ние, изменение размеров тела в процессе его нагревания. Количественно Т. р. при постоянном давлении характеризуется изобарным коэффициентом расширения (объёмным коэффициентом Т. р.)

. Практически значение а определяется из соотношения

, где

 -объем газа, жидкости или твёрдого тела при температуре Т₂ > T₁,V — исходный объём тела (разность температур T₂ — T₁ берётся небольшой). Для характеристики Т. р. твёрдых тел наряду с a вводят коэффициент линейного T. р.

, где l — первоначальная длина тела вдоль выбранного направления. В общем случае анизотропных тел

, причём различие или равенство линейных коэффициентов Т. Р.

 вдоль кристаллографических осей х, у, z определяется симметрией кристалла. Например, для кристаллов кубической системы, так же как и для изотропных тел,

 и

. Для большинства тел a > 0, но существуют исключения, например вода при нагреве от 0 до 4 °С при атмосферном давлении сжимается (a < 0). Зависимость a от Т наиболее заметна у газов (для идеального газа a = 1/T ), у жидкостей она проявляется слабее. У ряда веществ в твёрдом состоянии — кварца , инвара и других — коэффициент а мал и практически постоянен в широком интервале температур. При T ® 0 коэффициент Т. р. a а ® 0.