热辐射基本定律及辐射特性

热辐射基本定律及辐射特性第1页，课件共22页，创作于2023年2月1、辐射：电磁波传递能量的现象。辐射的两种理论

：电磁理论与量子理论电磁波的数学描述：

c

—

某介质中传播速率,m/s

为真空中的光速;n为介质的折射率。—波长,常用m为单位,1m=10-6m。

f—频率,单位

s-1。8.1热辐射的基本概念第2页，课件共22页，创作于2023年2月电磁波的波谱射线：

<5×10-5mX射线：5×10-7

m<<5×10-2m紫外线：4×10-3m<<0.38m可见光：0.38m<<0.76m红外线：0.76m<<103

m无线电波：

>103

m第3页，课件共22页，创作于2023年2月2、热辐射由于物体内部微观粒子的热运动而使物体向外发射辐射能的现象。

（1）热辐射的主要特点a.所有温度大于0K的物体都具有发射热辐射的能力，温度愈高，发射热辐射的能力愈强。

发射热辐射时：内热能辐射能；b.所有实际物体都具有吸收热辐射的能力物体吸收热辐射时：辐射能内热能；c.热辐射不依靠中间媒介，可以在真空中传播，且传播效率最高；d.物体间以热辐射方式进行的热量传递是双向的。高温物体低温物体第4页，课件共22页，创作于2023年2月当热辐射投射到物体表面上时，一般会发生三种现象，即吸收、反射和穿透，如图所示。（2）物体对热辐射的吸收、反射和穿透对于大多数的固体和液体：对于不含颗粒的气体：第5页，课件共22页，创作于2023年2月固体表面镜反射与漫反射镜反射漫反射对于镜体或白体：对于透明体：第6页，课件共22页，创作于2023年2月3、黑体模型黑体是指能吸收投入到其面上所有热辐射能的物体，是一种科学假想的物体。现实生活中不存在，但却可以人工制造出近似的人工黑体。人工黑体模型第7页，课件共22页，创作于2023年2月辐射力E：单位时间内，物体的单位表面积向半球空间发射的所有波长的能量总和。

(W/m2)；光谱辐射力Eλ：单位时间内，单位波长范围内(包含某一给定波长)，物体的单位表面积向半球空间发射的能量。

(W/m3)；1、热辐射能量的表示方法E、Eλ关系:黑体一般采用下标b表示，如黑体的辐射力为Eb，黑体的光谱辐射力为Ebλ8.2黑体热辐射的基本定律第8页，课件共22页，创作于2023年2月定义：球面面积除以球半径的平方称为立体角，单位：sr(球面度)，如图所示：立体角第9页，课件共22页，创作于2023年2月定向辐射强度I辐射强度：空间某一表面在单位时间，与辐射方向垂直的单位面积上，单位立体角发射的波长为0~∞的能量，用I表示。空间某一表面，面积为dA的黑体微元，在微元立体角dΩ内辐射出去的能量为dΦ，则I为常数，与θ无关。第10页，课件共22页，创作于2023年2月2、黑体辐射的三个基本定律及相关性质(1)Planck定律式中，Ebλ光谱辐射力，W/m3；λ：波长，m；T

：黑体温度，K；

c1

：第一辐射常数，3.742×10-16Wm2；

c2：第二辐射常数，1.4388×10-2WK；

根据上式可得：不同温度下Ebλ随波长λ的变化曲线。Wien位移定律给出λm与T

的关系：第11页，课件共22页，创作于2023年2月Planck定律与Stefan-Boltzmann定律的关系式中，σ=5.67×10-8W/(m2K4)，Stefan-Boltzmann常数。(2)Stefan-Boltzmann定律第12页，课件共22页，创作于2023年2月Lambert定律：单位时间内，黑体单位可见面积，在单位立体角中辐射出去的能量相等，或定向辐射强度I是常数。Lambert定律也称为余弦定律。单位时间内，黑体单位面积，在单位立体角中辐射出去的能量随天顶角呈余弦规律变化。(3)Lambert定律对上式沿半球方向积分，可获得了半球辐射力E:Lambert定律图示Lambert定律与Stefan-Boltzmann定律的关系第13页，课件共22页，创作于2023年2月8.3固体和液体的辐射特性定向辐射强度光谱辐射力第14页，课件共22页，创作于2023年2月上面公式只是针对光谱和方向平均的情况，但是，实际上，真实表面的发射能力随光谱和方向变化。1、实际物体发射率同温度下，黑体发射热辐射的能力最强；真实物体表面的发射能力低于同温度下的黑体；发射率

(也称为黑度)

：相同温度下，实际物体的辐射力与黑体辐射力之比:第15页，课件共22页，创作于2023年2月光谱发射率：实际物体的光谱辐射力与黑体的光谱辐射力之比2、实际物体的光谱辐射力第16页，课件共22页，创作于2023年2月几种非导电体材料在不同方向上的定向发射率()(t=0~90℃)几种金属导体在不同方向上的定向发射()(t=150℃)3、实际物体的定向辐射强度定向发射率：实际物体的定向辐射强度与黑体的定向发射强度之比第17页，课件共22页，创作于2023年2月

对应于黑体的辐射力Eb，光谱辐射力Eb和定向辐射强度I，分别引入了三个修正系数，即（总）发射率，光谱发射率()和定向发射率()，其表达式和物理意义如下实际物体的辐射力与黑体发射力之比:实际物体的光谱辐射力与黑体的光谱发射力之比：实际物体的定向辐射强度与黑体的定向发射强度之比：第18页，课件共22页，创作于2023年2月实际物体辐射的简化处理方式光谱发射率()为常数==>灰体假设；定向发射率()为常数==>漫射表面假设；因此，实际物体的光谱发射率并不是常数；定向发射率也并不完全符合Lambert定律。第19页，课件共22页，创作于2023年2月8.4实际物体的吸收比和基尔霍夫定律光谱吸收比：物体吸收某一特定波长辐射能的百分数。表征物体对某一波长辐射能吸收特性的物理量。

几种金属材料的光谱吸收比第20页，课件共22页，创作于2023年2月辐射特性随波长变化的性质称为辐射特性对波长的选择性。实际物体的吸收比:取决于物体本身材料的种类、温度及表面性质，还与投入辐射的波长分布有关，因此与投入辐射能的发射体温度有关。

几