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第二章电磁波谱及辐射基本定律 一、电磁波谱 1．电磁波段的划分 电磁辐射包括太阳辐射、地球大气的热辐 射和无线电辐射等，它的波长范围很广, 按电磁波的频率或波长划分： γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、 微波等波段。 电磁波谱的划分 (2)X射线(伦琴射线) 原子内部的电子从激发态恢复到稳态产 生的 波长短，频率较高 0.0045—10-5微米 能穿透密度很大的物质 可用它的这种特性研究物质的内部结构。 (3)紫外线(UV) 原子和分子内部电子状态的改变引起的 0.35-0.0045微米 近(0.25～0.40μm) 远(0.01～0.25μm) 频率较高，各种物质对短的紫外线波都有强烈的 吸收。 近紫外还分： 对大多数人没大危害的UVA(0.32～0.40μm)、 对生物引起太阳辐射伤害的UVB(0.29～0.32μm) 较强时对多数生命产生严重的损害的UVC(0.25～ 0.29μm) 。 (4)可见光谱段(VIS) 狭窄的波长间隔 0.35—0.76微米 对人眼的网膜施以一种特殊的刺激而引起 视觉 短紫外（紫蓝绿黄橙红）红外长 太阳辐射的主要范围是可见光辐射。 (5)红外线(IR) 0.76-1000微米 分子原子的振动转动产生 短（近中远）长 热辐射、温度辐射 (6)微波(MW) 由物质内部分子的转动引起的 1毫米-30厘米如微波炉、天气雷达10厘米。 (7)无线电波大于300mm 电磁波谱各谱段的划分常没有严格的界限。 在两谱段之间的边界是渐变的，在某些文 献中，其划分与上略有不同。 按照使用目的划分:反射波段:0.38～ 3.0μm谱段，这一波段的辐射源是太阳， 卫星接收的是地面云顶对太阳辐射的反射 辐射，反射波段还可以波长分为反射可见 光谱段和反射近红外谱段。 按吸收物质划分:将水汽吸谱段称之为水汽 带，二氧化碳吸收谱段称为二氧化碳吸收 带。 2．参数间的关系、使用单位和量子特性 (1)电磁波各参数的关系 电磁波谱通常以波长和频率来表示，真空 中存在关系: λ是波长，f是频率，c是光速。在真空中 c=2.997925±0.000003×108m.s-1。 每秒约30万公里 (2)电磁波各谱段使用的单位 电磁波波长单位的换算见表。在日常使用 中．可见光波段的波长单位常用nm(纳米)和 μm(微米)；红外波段的波长单位常用μm。 (3)电磁波的量子特性 从量子观点看，电磁辐射可以看成是一 粒一粒以光速c运动的粒子流，这些粒子称 为光量子。(能量单位leV=1.6×10-19J) 光量子的能量从光化学角度常用摩尔 能量(单位：kcal)表示，由于光生物学是 以光化学反应为基础的，大多数光化反应 的活化能都在20～100kcal.mol-1之间，所 以由光量子能量的摩尔大小可以看出某波 长的光能否产生光生化反应。 紫外光谱与可见光谱的能量 从上表看出，对于红外光的光量子能量往 往不能进行光化学反应，这种光量子被生 物组织吸收后，转换为热能，所以以红外 光的生物学效应主要是热效应。从可见光 开始可以进行光生物学化学反应，波长越 短，其热效应越小。 （4）吸收带和大气窗 通过大气的太阳辐射或地球大气系统辐射 将被大气中某些气体所吸收，这些吸收随 波长的变化很大，在某些波段的吸收很 强，而在另一些波段的吸收则很弱，在这 些吸收最弱的波段，太阳辐射和地球大气 辐射可以象光通过窗户那样透过大气，这 些波段称做大气窗。 吸收带和大气窗 大气窗区 可见光0.55 －0.75μm 近红外0.8 －1.1μm 1.45 －1.80μm 短波红外3.55 －3.75μm 热红外10 －12μm 窗区内仍有少量吸收，如：弱吸收线、强 吸收带的翼线，在可见光和近红外区尚有 气溶胶的散射作用 业务上最常使用的卫星图象有如下几种： (a)可见光图象(VIS):可见光和近红外波段 太阳光反射辐射的图象(波长0.4-1.1um)： (b)红外图象(IR):地一气系统在热红外波 段发射辐射的图象(波长l0-12um)： (c)水汽图象(WV):水汽发射辐射的图象(波 长6-7um) (d)通道3图象(3.7um):太阳和地一气系统 重叠区辐射的图象，有时称这一波段为“近 红外”。 二、辐射基本定理 （一）、辐射体和辐射平衡 根据物体的吸收或发射能力，通常将物体 分为三类： 1．黑体 黑体是指某一物体在任何温度下，对任 意方向和任意波长的吸收率或发射率都等 于l，这种物体称为黑体。 或者说，在热力学定律允许的范围 内，最大限度地把热能转变为辐射能的理 想热辐射体叫做黑体。 黑体是一个理想的热辐射体，在自然界并不 存在，但是在实验室可以近似地制作它，在 自然界的某些物体(如太阳)可以看