知识点：基尔霍夫定律PPT

1、 前面叙述的普朗克定律、维恩位移定律、斯蒂芬前面叙述的普朗克定律、维恩位移定律、斯蒂芬波尔波尔茨曼定律等都是在理论黑体前提下得出来的。但自然界中并茨曼定律等都是在理论黑体前提下得出来的。但自然界中并不存在理想黑体。实际物体的单色辐射力与波长的关系并不不存在理想黑体。实际物体的单色辐射力与波长的关系并不象象（普朗克定律）中（普朗克定律）中图图1 1所示的形状，而是较为复杂的变化所示的形状，而是较为复杂的变化规律。为了计算实际物体的辐射能力，我们先介绍两个新概规律。为了计算实际物体的辐射能力，我们先介绍两个新概念，黑度（或发射率）和灰体。念，黑度（或发射率）和灰体。 1. 1.黑度、灰体黑度、灰体

2、 实际物体的辐射力实际物体的辐射力E E与同温度下黑体辐射力与同温度下黑体辐射力E Eb b之比称为黑之比称为黑度（或发射率）。用符号度（或发射率）。用符号表示，即表示，即 上式表示实际物体辐射力接近黑体辐射力的程度。上式表示实际物体辐射力接近黑体辐射力的程度。 知识点：基尔霍夫定律知识点：基尔霍夫定律（1 1）bEE 因为黑度是分析和计算热辐射的一个重要的数据，常用因为黑度是分析和计算热辐射的一个重要的数据，常用材料黑度值列于表中。根据黑度可以计算实际物体的辐射力材料黑度值列于表中。根据黑度可以计算实际物体的辐射力（2 2）4bTEE0E黑体灰体实际物体0 x黑体 =1.0灰体实际物体图图1

3、 1 单色吸收率随波长变化单色吸收率随波长变化图图2 2 单色辐射力随波长变化单色辐射力随波长变化知识点：基尔霍夫定律知识点：基尔霍夫定律 实际物体的单色吸收率与黑体相差甚远（如图实际物体的单色吸收率与黑体相差甚远（如图1 1），不但），不但小于小于1 1，而且不是常数。为了研究方便，我们假设一种物体，而且不是常数。为了研究方便，我们假设一种物体, ,其吸收率小于其吸收率小于1 1并且并不随投射的波长而变化，称灰体。并且并不随投射的波长而变化，称灰体。 对于灰体有对于灰体有 =常数常数 （3 3） 实际工程计算中，一般都近似地把实际物体视为灰体。实际工程计算中，一般都近似地把实际物体视为灰体。

4、 2. 2.基尔霍夫定律基尔霍夫定律 基尔霍夫定律揭示灰体的辐射力基尔霍夫定律揭示灰体的辐射力E E和它的吸收率和它的吸收率之间之间的关系。的关系。 从两个物体表面之间的辐射换热过程中可以推导出来这从两个物体表面之间的辐射换热过程中可以推导出来这种关系。种关系。 假设有两个表面，一个为黑体（表面假设有两个表面，一个为黑体（表面2 2），一个为灰体），一个为灰体知识点：基尔霍夫定律知识点：基尔霍夫定律（表面（表面1 1），相互平行且距离很近。），相互平行且距离很近。两个表面的温度、辐射力和吸收率两个表面的温度、辐射力和吸收率分别为分别为T T1 1、E E1 1、1 1和和T T2 2、EbEb

5、2 2、2 2（等于（等于1 1），假设每个表面所辐射），假设每个表面所辐射出的能量都完全落到另一个表面上出的能量都完全落到另一个表面上（见图（见图1 1）。）。 因为表面因为表面2 2已假设为黑体，所以已假设为黑体，所以由表面由表面1 1向外发出的辐射能向外发出的辐射能E E1 1，全部，全部落到表面落到表面2 2上并完全被表面上并完全被表面2 2吸收；吸收；而由表面而由表面2 2向外发出的辐射能向外发出的辐射能E Eb2b2，全部落到表面全部落到表面1 1上却没有完全被表面上却没有完全被表面1 1吸收，只吸收了吸收，只吸收了1 1E Eb2b2，其余部分，其余部分知识点：基尔霍夫定律知识点

6、：基尔霍夫定律T1T2E1E1Eb2Eb21(1-)Eb21图图3 3 基尔霍夫定律推导基尔霍夫定律推导（1-1-1 1）E Eb2b2被反射回到了表面被反射回到了表面1 1，并完全被其吸收。于是，并完全被其吸收。于是，对于表面对于表面1 1而言，单位时间单位表面积的辐射换热量为而言，单位时间单位表面积的辐射换热量为 当两表面温度相同时，即当两表面温度相同时，即T T1 1=T=T2 2，两表面间辐射换热量为，两表面间辐射换热量为零，上式变成零，上式变成又由于又由于T T1 1=T=T2 2，则，则E Eb1b1=E=Eb2b2，上式改写为，上式改写为 表面表面1 1为任意物体，所以将得到的上

7、述关系推广到任何为任意物体，所以将得到的上述关系推广到任何物体，于是就得到下列形式：物体，于是就得到下列形式：知识点：基尔霍夫定律知识点：基尔霍夫定律b111EEb211EEb21112EEq 式（式（4 4）是基尔霍夫定律的数学表达式。具体可以表述）是基尔霍夫定律的数学表达式。具体可以表述为：任何灰体的辐射力与其吸收率之间的比值都相同，且恒为：任何灰体的辐射力与其吸收率之间的比值都相同，且恒等于同温度下绝对黑体的辐射力，并且只与温度有关，而与等于同温度下绝对黑体的辐射力，并且只与温度有关，而与物体的性质无关。物体的性质无关。 由基尔霍夫定律可以得出下面的结论：由基尔霍夫定律可以得出下面的结论

8、： （1 1）物体的辐射力愈大，它的吸收率就愈大。如果物）物体的辐射力愈大，它的吸收率就愈大。如果物体的吸收率很小，那么它的辐射力也就很小。所以善于辐射体的吸收率很小，那么它的辐射力也就很小。所以善于辐射能的物体，也善于吸收。能的物体，也善于吸收。 （2 2）因为实际物体的吸收率永远小于）因为实际物体的吸收率永远小于1 1，所以从式，所以从式(4)(4)可知，实际物体的辐射力永远小于同温度下绝对黑体的辐射可知，实际物体的辐射力永远小于同温度下绝对黑体的辐射知识点：基尔霍夫定律知识点：基尔霍夫定律)(TfEEb（4 4）力。因此，在任何温度下，各种物体以绝对黑体的辐射力为力。因此，在任何温度下，

9、各种物体以绝对黑体的辐射力为最大。最大。 （3 3）将基尔霍夫定律的数学表达式与黑度的定义式相）将基尔霍夫定律的数学表达式与黑度的定义式相比较，可得比较，可得 = = 此式表明灰体的吸收率和黑度在数值上相等。此式表明灰体的吸收率和黑度在数值上相等。知识点：基尔霍夫定律知识点：基尔霍夫定律（5 5） 常见材料的黑度常见材料的黑度 表表1 1知识点：基尔霍夫定律知识点：基尔霍夫定律材料名称和表面状况材料名称和表面状况温度（温度（） 磨光的钢铸件磨光的钢铸件压轧钢板压轧钢板有非常粗糙氧化层的钢板有非常粗糙氧化层的钢板磨光的铬磨光的铬粗糙的铝板粗糙的铝板磨光的铸铁磨光的铸铁生锈的铁板生锈的铁板稍加磨光

10、的黄铜稍加磨光的黄铜无光泽黄铜无光泽黄铜锡发亮铁片锡发亮铁片镀锌铁皮镀锌铁皮镀锌铁皮被氧化成灰色镀锌铁皮被氧化成灰色磨光或电镀层银磨光或电镀层银抛光的铝抛光的铝粗糙红砖粗糙红砖77013052l2415025200203826038253824381090200.520.560.6570.800.0580.0550.210.6850.120.220.0430.0640.230.2760.010.030.0520.93 续表续表知识点：基尔霍夫定律知识点：基尔霍夫定律材料名称和表面状况材料名称和表面状况温度（温度（） 混凝土混凝土耐火砖耐火砖粘土粘土白色粗糙石灰砂浆白色粗糙石灰砂浆光滑水泥砂浆光滑水泥砂浆粗糙石棉水泥覆面板粗糙石棉水泥覆