第二章：基本概念-黑体辐射定律.ppt

1,立体角,定义锥体所拦截的球面积与半径r的平方之比，单位为球面度sr，为一无量纲量。如：对表面积为4r2的球，它的立体角为4sr。,2,立体角,以发射体为中心的球坐标中，立体角定义为：是极坐标中的天顶角0，90是方位角0,360,3,第二节黑体辐射定律,4,1.2.1吸收率、反射率和透射率,定义：吸收率A=Ea/E0，反射率R=Er/E0，AR1透射率=Et/E0。当物体不透明时，=0,则有A+R=1。吸收率、反射率、透射率的概念可用于各种波长的条件。单色吸收率、反射率和透射率，分别记为AR各种物体对不同波长的辐射具有不同的吸收率与放射率，构成了该物体的吸收光谱或辐射光谱。,5,黑体,6,黑体和灰体,绝对黑体对所有波长的辐射吸收率均为1单色黑体对某一波长的辐射吸收率为1注意：黑体与黑色物体是有区别的！灰体吸收率1的常数，不随波长而变选择性辐射体：吸收率小于1，且随波长而变化。,7,辐射平衡,当物体放射出的辐射能恰好等于吸收的辐射能，称该物体处于辐射平衡。这时物体处于热平衡态，因而可以用一态函数，温度来描述它。热力学定律可用来研究辐射平衡态时物体吸收和发射的规律:基尔霍夫定律和有关黑体热辐射的三个定律。,8,1.2.2四个定律,（1）普朗克PlanckLaw(1901)（2）斯蒂芬玻尔兹曼定律（1884）Stefan-Boltzmann（3）维恩Wien位移定律（1893）（4）基尔霍夫kirchhoff定律（1859）,9,（1）普朗克PlanckLaw(1901),1901年Planck提出量子化辐射的假设，对于绝对黑体物质，单色辐射通量密度与发射物质的温度和辐射波长或频率的关系。从理论上得出，与实验精确符合Planck函数：,10,第一辐射常数：第二辐射常数：光速c=3.0108ms-1，普朗克常数h=6.626210-34Js-1，波尔兹曼常数k=1.380610-23JK-1。由普朗克定律可以得出各种温度下绝对黑体的辐射光谱曲线。,11,PlanckLaw(1901),黑体辐射与物质组成无关1、任何温度的绝对黑体都放射波长0无穷mm的辐射，但温度不同，辐射能量集中的波段不同。2、温度越高，各波段放射的能量均加大。积分辐射能力也随温度升高而迅速加大。但能量集中的波段则向短波方向移动。（例：铁）3、每一温度下，都有辐射最强的波长lmax，即光谱曲线有一极大值，而且随温度升高，lmax变小。,12,13,（2）斯蒂芬玻耳兹曼定律Stefan-Boltzmann,普朗克定律提出之前，1879年Stefan从实验得出，后经Boltzmann于1884年从热力学理论上予以证明。即黑体总辐射通量随温度的增加而迅速增加，它与绝对温度的四次方成正比。因此，温度的微小变化，就会引起辐射通量密度很大的变化。Stefan-Boltzmann常数=5.66961*10-8Wm2K4,14,（3）维恩Wien位移定律,1893年维恩从热力学理论推导出：黑体辐射最大强度的波长与它的温度成反比。同样将planck函数对波长微分，可得：黑体温度越高，lmax愈小。即：随着温度的升高，辐射最大值对应的峰值波长向短波方向移动。,15,（4）基尔霍夫kirchhoff定律,1859年提出，于1882年由热力学定律论证在辐射平衡条件下，任何物体的单色辐射通量密度FT与吸收系数AT成正比关系，二者比值只是波长和温度的函数，与物体性质无关