热学课件第八章1.ppt

如图所示的真空辐射炉，球心处有一黑体加热元件，试指出①，②，③3处中何处定向辐射强度最大?何处辐射热流最大?假设①，②，②处对球心所张立体角相同。 答：由黑体辐射的兰贝特定律知，定向辐射强度与方向无关。故Il＝I2=I3。而三处对球心立体角相当，但与法线方向夹角不同，θ1＞θ2＞θ3。所以①处辐射热流最大，③处最小。 * 答：由黑体辐射的兰贝特定律知，定向辐射强度与方向无关。故Il＝I2=I3。而三处对球心立体角相当，但与法线方向夹角不同，θ1＞θ2＞θ3。所以①处辐射热流最大，③处最小。 【例】如图所示的真空辐射炉，球心处有一黑体加热元件，试指出①，②，③3处中何处定向辐射强度最大?何处辐射热流最大?假设①，②，②处对球心所张立体角相同。 * * 1、发射辐射能是各类物质的固有特性。当原子内部的电子受温和振动时，产生交替变化的电场和磁场，发出电磁波向空间传播，这就是辐射。由于自身温度或热运动的原因面激发产生的电磁波传播，就称热辐射。显然，热辐射是电磁波，电磁波的波长范围可从几万分之一微米到数千米，它们的名称和分类如图所示。通常把λ＝0.1—100μm范围的电磁波称热射线，其中包括可见光线、部分紫外线和红外线具有波动和量子特性。 * ２、特点： ① 不需要物体直接接触。热辐射不需中间介质，可以在真空中传递，而且在真空中辐射能的传递最有效。 ② 在辐射换热过程中，不仅有能量的转换，而且伴随有能量形式的转化。 辐射：辐射体内热能→辐射能； 吸收：辐射能→受射体内热能 ③ 只要温度大于零就有能量辐射。不仅高温物体向低温物体辐射热能，而且低温物体向高温物体辐射热能， 　④ 物体的辐射能力与其温度性质有关。与绝对温度的四次方成正比。 * 电磁辐射包含了多种形式，如图7-1所示，而我们所感兴趣的，即工业上有实际意义的热辐射区域一般为0.1－100μm。电磁波的波长包括从零到无穷大的范围，整个波谱范围内的电磁波命名示于图7-1中。从理论上说，物体热辐射的电磁波波长可以包括整个波谱，即波长从零到无穷大。然而，在工业上所遇到的温度范围内，即以下，有实际意义的热辐射波长位于之间，且大部分能量位于红外线区段的范围内，而在可见光区段，即波长为的区段，热辐射能量的比重不大。显然，当热辐射的波长大于时，人们的眼睛将看不见。如果我们把温度范围扩大到太阳辐射，情况就会有变化。太阳是温度约为的热源，其温度比一般工业上遇到的温度高出很多。太阳辐射的主要能量集中在的波长范围，其中可见光区段占有很大比重。如果把太阳辐射包括在内，热辐射的波长区段可放宽为， * 在对黑体辐射空间分布特征的研究中，兰贝特（Lambert）指出，黑体辐射的辐射强度在空间各个方向上是相同的，或黑体辐射的方向辐射强度随着其与法线方向的夹角增大而按其余弦规律减小。我们称这一规律为兰贝特定律，其数学表达为： * 上一节介绍了实际物体的发射情况，那当外界的辐射投入到物体表面上时，该物体对投入辐射吸收的情况又是如何呢？本节将对其作出解答。 日常生活中也有明显例子：红光投射到红玻璃上时，玻璃背面有红光透出，说明红玻璃对红光的吸收率不大：但当绿光投射到红玻璃上时．玻璃背面无光透出，说明红玻璃对绿光的吸收率很大。可见，投射光的波长对红玻璃的吸收率有很大的影响。 * 选择性吸收：投入辐射本身具有光谱特性，因此，实际物体对投入辐射的吸收能力也根据其波长的不同而变化，这叫选择性吸收 不论何种材料当投入辐射的波长较大时，即处于红外辐射范围时，其单色吸收率均在一个较小的范围内变化。大多数的物体对可见光占有较大比例的太阳辐射具有较强的选择性，就是因为物体对波长较短的可见光的吸收率差异较大的结果。这也就是人类选择可见光波段作为识别物体的射线的原因。人们常常利用物体对于热辐射的选择性来为自己服务，如塑料膜大棚、玻璃暖房等就是利用塑料膜和玻璃对于波长较小（如小于2μm）热辐射能让其通过，而对于波长较大（如大于3μm）的热辐射却能大部分吸收。这样太阳光就能顺利地进入大棚或暖房，而大棚或暖房中物体发出的处于红外波段的热射线就会被塑料膜或玻璃吸收，从而阻止辐射能向外散失。在吸收多而散失少的情况下，大棚内或暖房中的温度就会高于环境温度，形成温室。 日常生活中也有明显例子：红光投射到红玻璃上时，玻璃背面有红光透出，说明红玻璃对红光的吸收率不大：但当绿光投射到红玻璃上时．玻璃背面无光透出，说明红玻璃对绿光的吸收率很大。可见，投射光的波长对红玻璃的吸收率有很大的影响。 * 灰体 ①在热辐射分析中，把光谱吸收比与波长无关的物体称为灰体。 ②引入的意义：=常数，则不管投入辐射的分布如何，也是一个常数，即：物体的吸收比只取决于本身的情况而与外界情况无关。 ③像黑体一样，灰体也是一种理想物体。 工业上通常遇到的热辐射，其主