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第1章 辐射度与光度学基础知识 主要内容： 1.1 光的基本性质 1.2 辐射度的基本物理量 1.3 光度量的基本物理量 1.4 黑体辐射 1.1 光的基本性质 1.1 光的基本性质 1.2 辐射度的基本物理量 1.2 辐射度的基本物理量 辐射出射度Ｍe 扩展辐射源单位面积所辐射的通量（也称辐射本领）。单位：［W/m2］ 辐射照度 Ee 投射在单位面积上的辐射通量。单位:［W/m2］ 1.3 光度量的基本物理量 1.3 光度量的基本物理量 1.4 黑体辐射 * * 牛顿——微粒说 根据光直线传播现象，对反射和折射做了解释 不能解释较为复杂的光现象：干涉、衍射和偏振 波动理论 惠更斯、杨氏和费涅耳等 1690年 解释光的干涉和衍射现象 麦克斯韦电磁理论：光是一种电磁波 光量子说 1900年普朗克在研究黑体辐射时，提出辐射的量子论。 1905年，爱因斯坦在解释光电发射现象时提出光量子的概念。 光子的能量与光的频率成正比 光具有波粒二象性 辐射能Qe 一种以电磁波形式发射、传播或接收的能量。单位：焦耳[J] 辐射通量Φe 单位时间内通过一定面积发射、传播或接收的能量，又称辐射功率Pe，是辐射能的时间变化率。单位：瓦［Ｗ］ 辐射强度Ｉe 点辐射源在给定方向上通过单位立体角内的辐射通量。单位：瓦每球面度［W/Sr］ 1.2 辐射度的基本物理量 S d Ω d Φe 若点辐射源是各向同性的，即其辐射强度在所有方向上都相同，则该辐射源在有限立体角内发射的辐射通量为Φe=Ie ×Ω； 在空间所有方向上发射的辐射通量为Φe=Ie ×4π 图1-1 点辐射源的辐射强度 注意：辐射出射度和辐射照度的表达式和单位完全相同，其区别在于前者描述面辐射源向外发射的辐射特性，而后者描述辐射接收面所接收的辐射特性。 1.2 辐射度的基本物理量 辐射亮度Ｌe 辐射表面定向发射的辐射强度。单位:［W/m2．Sr］ 光谱辐射通量Φe（λ） 辐射通量的光谱密度，即单位波长间隔内的辐射通量。 单位： ［W/μm］ Φe（λ） 0 λ λ +d λ Φe(λ)=d Φe / d λ 图1-2 光谱辐射通量与波长关系 基本辐射度量的名称、符号和定义方程 发光强度Iv 发出波长为555nm的单色辐射，在给定方向上的发光强度规定为1cd。单位：坎德拉（Candela）［cd］，它是国际单位制中七个基本单位之一。 光通量Φv 光强度为1cd的均匀点光源在1sr内发出的光通量。单位：流明［lm］。 光照度Ev 单位面积所接受的入射光的量 ，单位：勒克斯［lx］，相当于 1平方米面积上接受到1个流明的光通量。 光度量和辐射度量的定义及表达式是一一对应的。辐射度量下标为e，例如Qe，Φe，Ie，Me，Ee，光度量下标为v，Qv，Φv，Iv，Lv，Mv，Ev。 光度量只在可见光区（３８０－７８０nm)才有意义。 辐射度量和光度量都是波长的函数。 结论 晴天阳光直射地面照度约为100000lx 晴天背阴处照度约为10000lx 晴天室内北窗附近照度约为2000lx 晴天室内中央照度约为200lx 晴天室内角落照度约为20lx 阴天室外50—500lx 阴天室内5—50lx 月光（满月）2500lx 日光灯5000lx 电视机荧光屏100lx 阅读书刊时所需的照度50~60lx 在40W白炽灯下1m远处的照度约为30lx 晴朗月夜照度约为0.2lx 黑夜0.001lx 什么是黑体？ （1）在任何条件下，完全吸收任何波长的外来辐射而 无任何反射的物体 （2）吸收比为1的物体. （3）在任何温度下，对入射的任何波长的辐射全部吸 收的物体。 黑体（black-body radiation） 1.4 黑体辐射 1.黑体概念 黑体：是指能吸收投入到其面上的所有热辐射能的物体，是一种科学假想的物体，现实生活中是不存在的。但却可以人工制造出近似的人工黑体。 黑体模型 图1-3 黑体模型 既然现实世界不存在这种理想的黑体，那么用什么来 刻画这种差异呢? 对任一波长，定义发射率为该波长的一个微小波长间 隔内，真实物体的辐射能量与同温下的黑体的辐射能量 之比。 显然发射率为介于0与1之间的正数，一般发射率依赖 于物质特性、 环境因素及观测条件。如果发射率与 波长无关，那么可把物体叫作灰体(grey body)， 否 则叫选择性辐射体。 1.4 黑体辐射 2.黑体辐射的三个基本定律 （1）普朗克辐射定律 式中，λ— 波长，m ； T — 黑体温度，K ； c1 — 第一辐射常数，3.742×10-16 W?m2； c2 — 第二辐射常数，1.4388×10-2 W?K； 图1-4是根据上式描绘的黑体光谱辐