普物热学试验5.PDF

熱學實驗五 熱輻射 前言： 所謂的熱(heat)是指系統與環境溫度不同時所轉移的能量，熱輻射係指特定溫度下的物 體藉由電磁波和環境作能量交換。如果一個物體的溫度比外界高，釋放能量就會大於吸收 能量，使其溫度降低。熱平衡時，即表示熱的吸收率=放射率。物體的熱輻射譜是連續的， 並且和物質本身的種類無關，只和溫度有關。所謂的黑體係指，照射在物體上面的電磁波 會被該物體完全吸收。 1. 目的： 驗證熱輻射定律M e T4 ，比較不同表面的熱輻射。 2.原理： 名詞定義：  輻射度(radiance) M e =物體表面溫度T 在單位時間內，單位面積所發射的總能量  輻照度(irradiance)E=在單位時間內，照射在單位面積上的總能量  反射比(reflectance) ρ=反射與輻照功率比  吸收比(absorptance) α=吸收與輻照功率比 足標定義： e ：發射率(emissivity) ，B ：黑體(black body) ，r ：室溫(room temperature) ， D ：偵測器(detector) 物體表面都會發射電磁波，輻射度與表面的溫度及性質有關，吸收比α=1 的物體叫黑 體，由實驗或統計力學計算知黑體的輻射度為 M T4 B M 上式稱為Stefan-Boltzmann 定律，T 為物體絕對溫度 ， 為黑體的輻射度， B 2 4  k 8 W (k 為boltzmann 常數、 為planck 常數除以2 π、c 為光  2 3 5.6710 m2 k4  60c  速) ，非黑體的輻射度常用以下近似關係描述： M T4 e ε與表面性質有關，稱為輻射比(emissivity) ，由定義，黑體ε=1 。 假設物體不透明，並與環境達到熱平衡，吸收和放射的能量相等 E Mr Me E MB 當物體為黑體時E M B （熱平衡） E 為環境之輻射，假設環境表面積遠大於輻射體表面積，E 受物體影響極微，將黑體換成 非黑體時E 不變  1 (1)E E MB MB 故任意物體在熱平衡時  0  10  1 ，黑體也是同溫度的物體中，輻射度最高者。 測量熱輻射時，除了待測輻射體之外，感測器本身也有熱輻射，而其電壓正比於吸收與 發射輻射量之差，假設感測器是黑體，待測輻射面之大小遠大於感測面之大小及二者間 之距離，輻射面平行於感測面，則由對稱性，輻射流垂直於感測器接收面，所測得的輻 射通量MA 為 MA M A M A e D M A 為感測器接收面面積， 、 及M 分別為輻射體、感測器及實驗所測得的輻射度。 M e D 感測器在室溫( T )時 r 4 M T