1、第八章 熱輻射基本定律1第八章 熱輻射的基本定律第一節 基本概念第二節 熱輻射的基本定律第八章 熱輻射基本定律28-1 熱輻射的基本概念1. 熱輻射的定義及特點(1) 定義：由熱運動產生的，以電磁波形式傳遞的能量；(2) 特點：a 任何物體，只要溫度高于0 K，就會不停地向周圍空間發出熱輻射；b 可以在真空中傳播；c 伴隨能量形式的轉變；d 具有強烈的方向性；e 輻射能與溫度和波長均有關；f 發射輻射取決于溫度的4次方。第八章 熱輻射基本定律3電 磁 輻 射 波 譜圖8-1電磁輻射包含了多種形式，如圖8-1所示，而我們所感興趣的，即工業上有實際意義的熱輻射區域一般為0.1100m。第八章 熱輻

2、射基本定律4當熱輻射投射到物體表面上時，一般會發生三種現象，即吸收、反射和穿透，如圖7-2所示。2. 物體對熱輻射的吸收、反射和穿透 圖8.2物體對熱輻射的吸收反射和穿透某一波長下輻射能全波長范圍的總能量第八章 熱輻射基本定律5對于大多數的固體和液體：對于不含顆粒的氣體：對于黑體： 鏡體或白體：透明體：反射又分鏡反射和漫反射兩種圖8-3 鏡反射圖8-4 漫反射第八章 熱輻射基本定律63、定向輻射強度和定向輻射力（1）立體角：球面面積除以球半徑的平方稱為立體角，單位：sr(球面度)。半球空間的立體角是2 第八章 熱輻射基本定律7第八章 熱輻射基本定律8（2）定向輻射強度定義：單位時間內，物體在垂

3、直發射方向的單位面積上，在單位立體角內發射的一切波長的能量。第八章 熱輻射基本定律9光譜定向輻射強度：在某給定輻射方向上，單位時間、單位可見輻射面積，在波長 附近的單位波長間隔內、單位立體角內所發射的能量稱光譜定向輻射強度。第八章 熱輻射基本定律10（3）輻射力 定向輻射力：在某給定輻射方向上，單位時間內、物體單位輻射面積、在單位立體角內所發射全部波長的能量稱為定向輻射力。 第八章 熱輻射基本定律11輻射力E：單位時間內，物體的單位表面積向半球空間發射的所有波長的能量總和。 (W/m2)；光譜輻射力E：單位時間內，單位波長范圍內(包含某一給定波長)，物體的單位表面積向半球空間發射的能量。 (W

4、/m3)；光譜定向輻射力E，：第八章 熱輻射基本定律121.黑體概念黑體：是指能吸收投入到其面上的所有熱輻射能的物體，是一種科學假想的物體，現實生活中是不存在的。但卻可以人工制造出近似的人工黑體。黑體一般采用下標b表示，如黑體的輻射力為Eb，黑體的光譜輻射力為Eb圖8-5 黑體模型8-2 熱輻射的基本定律第八章 熱輻射基本定律132.黑體輻射的三個基本定律及相關性質 式中， 波長，m ； T 黑體溫度，K ； c1 第一輻射常數，3.743108 ； c2 第二輻射常數，1.439104 mK； (1)Planck定律(第一個定律)：圖8-6是根據上式描繪的黑體光譜輻射力隨波長和溫度的依變關系

5、。m與T 的關系由Wien位移定律給出，圖8-6 Planck 定律的圖示第八章 熱輻射基本定律14(2)Stefan-Boltzmann定律(第二個定律)： 式中，= 5.6710-8 w/(m2K4)，是Stefan-Boltzmann常數。黑體輻射函數黑體在波長1和2區段內所發射的輻射力，如圖8-7所示：圖8-7 特定波長區段內的 黑體輻射力第八章 熱輻射基本定律15黑體輻射函數:第八章 熱輻射基本定律16 (3) Lambert 定律(黑體輻射的第三個基本定律)它說明黑體的定向輻射力隨天頂角呈余弦規律變化，見圖8-11，因此， Lambert定律也稱為余弦定律。由于所以第八章 熱輻射基

6、本定律173 基爾霍夫定律1 實際物體的輻射發射率 發射率前面定義了黑體的發射特性：同溫度下，黑體發射熱輻射的能力最強，包括所有方向和所有波長；真實物體表面的發射能力低于同溫度下的黑體；因此，定義了發射率 (也稱為黑度) ：相同溫度下，實際物體的半球總輻射力與黑體半球總輻射力之比:第八章 熱輻射基本定律18幾種不同的發射率 第八章 熱輻射基本定律19灰體定義：?特點：灰體的光譜輻射力與同溫度下黑體光譜輻射率隨波長的變化曲線完全相似。第八章 熱輻射基本定律202 基爾霍夫定律 前面簡單介紹了實際物體的發射情況，那么當外界的輻射投入到物體表面上時，該物體對投入輻射吸收的情況又是如何呢？Semi-t

7、ransparent medium第八章 熱輻射基本定律21 投入輻射：單位時間內投射到單位表面積上的總輻射能 選擇性吸收：投入輻射本身具有光譜特性，因此，實際 物體對投入輻射的吸收能力也根據其波長的不同而變 化，這叫選擇性吸收 吸收比：物體對投入輻射所吸收的百分數，通常用表 示，即(4) 光譜吸收比：物體對某一特定波長的輻射能所吸收的百分數，也叫單色吸收比。光譜吸收比隨波長的變化體現了實際物體的選擇性吸收的特性。第八章 熱輻射基本定律22數學表達式成立條件無條件，為天頂角漫射表面灰表面漫灰表面 Kirchhoff 定律的不同表達式注：漫射表面：指發射或反射的定向輻射強度與空間方向無關，即符合

8、Lambert定律的物體表面；灰體：指光譜吸收比與波長無關的物體，其發射和吸收輻射與黑體在形式上完全一樣，只是減小了一個相同的比例。第八章 熱輻射基本定律23思考題：1.什么是黑體, 灰體? 實際物體在什么樣的條件下可以看成是灰體?2.光譜輻射力,輻射力和定向輻射強度的物理意義. 它們之間有什么關系?3.物體的發射率, 吸收率, 反射率, 穿透率是怎樣定義的? 發射率和反射率有何不同?4.工業上有實際意義的熱輻射波長范圍. 近紅外, 遠紅外輻射概念.5.漫射表面的概念.第八章 熱輻射基本定律246.物體的發射率取決于物體本身, 而不涉及外部條件. 因此, 發射率可看成是物性. 但是吸收率與外界條件有關. 為什么對于灰體