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第八章 热辐射的基本概念 热辐射的基本概念与基本定律 第一节 基 本 概 念 热辐射特点 2. 吸收，反射和透射 2). 实际物体辐射特性 3. 辐射强度和辐射力 b). 可见发射面积：发射面在垂直于发射方向的平面上的投影面积 d). 单色辐射强度：单位可见发射面积、单位立体角、单位时间内发射的波长λ附近单位波长间隔内的能量 b). 单色辐射力：单位发射面积、单位时间内向半球空间发射的波长λ附近单位波长间隔内的辐射能。 d). 单色定向辐射力：单位发射面积、单位立体角、单位时间内发射的波长λ附近单位波长间隔内的能量 第二节 热 辐 射 的 基 本 定 律 3. 斯蒂芬-玻尔兹曼定律 黑体辐射函数 [辐射函数的应用举例]：某太阳能集热器透光玻璃 4. 兰贝特余弦定律 5. 基尔霍夫定律 2). 基尔霍夫定律表达式 证明 * * 1. 热辐射的本质和特点 本质：电磁波，由物质微观粒子的热运动激发出来的电磁波，投射到物体表面可以产生热效应； 电磁波谱图 0.38 0.76 太阳辐射能主要集中在0.2~2μm； 常见热辐射能主要集中在0.1~100μm； 可见光波段：0.38~0.76μm； 红外线：0.76~1000μm，0.76~25μm属近红外，25~1000μm 属远红外。 1). 非接触式热量传递方式； 2). 辐射换热过程伴随着能量形式的两次转化：内能-—电磁波能—内能； 3). T0K的一切物体均向外发射热辐射，但并不违反热力学第二定律。 吸收率　 ， 　的物体称为黑体； 反射率　　 ， 的物体称为白体。两种典型的反射现象：镜反射与漫反射； 透射率　　 ， 的物体成为透明体。 1). 定义 a). 无透射的物体：热射线进入物体（如大多数固体和液体）表面后，在一个极短的距离内被完全吸收，即 b). 平整的表面易于形成镜面反射，粗糙的表面与于形成漫反射；许多气体无反射，即 c). 物体的颜色可以说明物体对可见光的反射率大小，但不能说明对所有热辐射的反射率大小。例如：煤烟与白雪对红外辐射几乎具有接近黑体的性质。普通玻璃对波长小于2μm射线的透过率很小，而对2μm以上的红外线几乎是不透过的 1). 辐射强度 a). 立体角 定义：锥形区域所张开的空间角度。 量度：以立体角的角端为中心作一半径为r的球面，球面上被立体角所切割的面积除以半径r的平方即得立体角的量度。即 c). 辐射强度：单位可见发射面积、单位立体角、单位时间内发射的全波长范围内的能量，即 或 2). 辐射力 . 辐射力E：单位发射面积、单位时间内向半球空间发射的全波长范围内的总辐射能。 或 c). 定向辐射力：单位发射面积、单位立体角、单位时间内发射的全波长范围内的能量 法向有 或 定向辐射力与辐射力之间的关系 或 注意：辐射力是以发射物体的单位面积作为计算依据，而辐射强度是以垂直于发射方向的单位投影面积作为计算依据。 1. 普朗克定律 黑体单色辐射力和波长、热力学温度之间的函数关系 2. 维恩位移定律 非接触式测温的理论依据。 思考：加热金属时，试用维恩位移定律分析金属颜色随温度的变化。 黑体辐射力可由单色辐射力通过积分得到 即 ——斯蒂芬-玻尔兹曼定律 即 λ0.35μm或λ2.7μm， =0； 0.35μmλ2.7μm， =0.85 计算总透射率，设太阳为黑体，T=5762K [解] ，查辐射函数表8-1得 ，查表得 波长范围内的太阳辐射能占总太阳辐射能的百分比为 97.17%-6.96%=90.21% 总透射率τ=90.21%×0.85=76.68% 漫辐射表面在半球空间各个方向上的辐射强度相等，即 ——兰贝特定律 由定向辐射力与辐射强度之间的关系可得 ——故又称兰贝特余弦定律 注意：黑体属漫辐射表面，遵守兰贝特余弦定律。 由 及 得 1). 实际物体的辐射发射率：实际物体的辐射力与同温度下黑体的辐射力之比，各种发射率的定义如下 : 发射率 单色发射率 定向发射率 ，由E与I的关系知 单色定向发射率 ， 同上理知 相似的定义亦适用于吸收率 以热力学的方法揭示了物体发射辐射的能力与吸收辐射的能力之间的关系 *