热辐射的基本定律精要.ppt

主讲教师： 李志生 广东工业大学 土木与交通工程学院 第8章 热辐射的基本定律 本章主要内容 1、基本概念 2、热辐射的基本定律 第一节 基本概念 1-1热辐射的本质和特点 热辐射：物体通过发射电磁波传递热量 热射线：λ=0.1~100μm，包括可见光、部分紫外 线和红外线，投射到物体上能产生热效应。 第一节 基本概念 1-2吸收、反射和透射 微元立体角 定向辐射强度(简称辐射强度）：在某给定辐射方向上，单位时间、单位可见辐射面积、在单位立体角内所发射全部波长的能量。所谓可见辐射面积，是指站在给定辐射方向上所看到的（？）发射辐射能物体的表面积。 第二节 热辐射的基本定律 第二节 热辐射的基本定律 例题8-1 例8-1 ：测得对应于太阳最大光谱辐射力峰值的波长约为0.503微米，若太阳可近似看成是黑体看待，求太阳的表面温度。 解：太阳表面可近似看成黑体，则可利用维恩定律，太阳表面温度为： 表8-1 ，黑体辐射函数表 表示波长从0~ 的辐射能占到了百分之多少！ 例题8-3 已知某太阳能集热器的透光玻璃在波长 =0.35微米到 =2.7微米范围内的穿透比为85%，在此范围之外是不透射的。试计算太阳辐射对该玻璃的穿透比。把太阳辐射作为黑体看待，它的表面温度为5762K。 解：利用黑体辐射函数表8-1，计算某个波长范围内的辐射能量。计算： 同样，计算： 因此，透射在玻璃上的太阳辐射从波长0.35微米到2.7微米范围内的能量，占总能量的百分数为： 讨论：一般集热器表面的温度不超过1000C（373K)，因此集热器表面发出的长波辐射能无法穿透玻璃。因此，玻璃对短波透过、长波射线阻挡。 问题1、如果用这种玻璃作为房屋的窗户，又会如何？ 问题2、如果集热器表面与玻璃之间保持真空或非真空，集热器的散热损失又有什么变化？ 思考题 1.热辐射和其他形式的电磁辐射有何相同之点？有何区别？ 2.为什么太阳灶的受热面要做成粗糙的黑色表面，而辐射采暖板不需要做成黑色？ 思考题 3.窗玻璃对红外线几乎是不透明的，但为什么隔着玻璃晒太阳却使人暖和？ 4.深秋及初冬的清晨在屋面上常常会看到结霜，是从传热与辐射换热的观点分析（1）有霜出现的早上总是晴天；（2）室外气温是否一定要低于零度？（3）结霜屋面的热阻（表面对流换热及屋面材料导热热阻）对结霜有何影响？ 查表8-1，可得 查表8-1，可得 因此，该玻璃的太阳辐射穿透比为： 2－3 兰贝特余弦定律 把物体发射的定向辐射强度与方向无关的特性成为漫发射，而反射的定向辐射强度与方向无关的性质称为漫反射，若某物体既有漫发射性质，又有漫反射性质，称为漫射表面。 黑体在半球空间各方向上的辐射强度相等（兰贝特余弦定律）。 这是兰贝特定律的另外一个表达式，说明法线方向的定向辐射力最大。 黑体的定向辐射力为： 黑体的定向辐射力随方向角按余弦规律变化，法向的定向辐射力最大。 除了黑体以外，只有漫辐射表面才遵循兰贝特定律。 漫辐射表面的辐射力为： 说明：当物体遵守兰伯特定律时，它在任何方向上的定向辐射强度都等于辐射力E除以圆周率π，即I=E/π。 2－4 基尔霍夫定律 一、实际物体的辐射发射率 物体的发射率：实际物体的辐射力与同温度下的黑体的辐射力之比。 实际物体的辐射力 对非金属表面 ε =（0.95～1.0） 对磨光金属表面ε =（1.0～1.2） 灰体：物体单色辐射力与同温度黑体单色辐射力随波长的变化曲线相似，或它的单色发射率不随波长变化。 灰体也是理想化的物体 图8-9 实际物体在各个方向上发射率的变化 （a）非导体；（b）导电体 1—融冰；2—玻璃；3—黏土；4—氧化亚铜；5—铋；6—铝青铜；7—铁（钝化） 本节中，还有几点需要注意 将不确定因素归于修正系数，这是由于热辐射非常复杂，很难理论确定，实际上是一种权宜之计； 服从Lambert定律的表面成为漫射表面。虽然实际物体的定向发射率并不完全符合Lambert定律，但仍然近似地认为大多数工程材料服从Lambert定律，这有许多原因； 物体表面的发射率取决于物质种类、表面温度和表面状况。这说