第二章 热量传输08.ppt

* * * * 第八讲 一、本课的基本要求： 3.热辐射的基本定律：普朗克定律的表达式、物理 意义；维恩位移定律的表达式及物理意义；四次方 定律的表达式、物理意义。 1. 热辐射的本质及特点。 2. 辐射强度与辐射能力的含义。 4. 灰体、黑度的基本概念及影响黑度的主要因素。 5. 基尔霍夫定律的两种表达式及物理意义。 第二章 热 量 传 输 辐射换热基本概念和基本定律 二、本课的重点、难点： 2. 热辐射的基本定律既是本课的重 点又是本课的难点。 1. 本课的重点是热辐射的特点。 第二章 热 量 传 输 § 2.4 辐 射 换 热 2.4.1 热辐射的基本概念 1. 热辐射的本质 (1)辐射：物体以电磁波的方式向外传递热量的过程。 (2)辐射能：物体以电磁波的方式向外传递的能量。 通常以辐射表示辐射能。 第二章 热 量 传 输 (3)热辐射：因热引起的电磁波辐射称为热辐射。它是由物体内部微观粒子在运动状态改变时所激发出来的。 (4)能量转换：内能?辐射能?????辐射能?内能 A物体（发射） B物体（吸收） 第二章 热 量 传 输 (6)电磁波的速率、波长和频率的关系： c=?? 电磁波的特性取决于波长或频率。在热辐射分析中通常用波长来描述电磁波。 (5)辐射换热：是指物体之间相互辐射和吸收过程的总效果。当物体的温度处于平衡时，则它们之间辐射和吸收的能量相等，处于热的动平衡状态。 (7)电磁波的波谱如书上157页图2-4-1 第二章 热 量 传 输 热射线的本质决定了热辐射过程有如下特点： （1）它是依靠电磁波向物体传输热量，而不是依 靠物质的接触来传递热量。 （2）辐射换热过程中伴随着能量的两次转换：物体的内能?辐射能；（接受）辐射能?（转换）内能 （3）一切物体只要其温度T0K，都在不断发射热射线。 电磁波具有波粒二象性。 第二章 热 量 传 输 2. 辐射能的吸收、反射、透射 热射线与光的特性相同，所以光的投射、反射、折射规律对热射线也同样适用。 如图示： Q Qr Qa Qd 第二章 热 量 传 输 根据能量守恒定律有： r——反射率；a——吸收率；d——透过率。 第二章 热 量 传 输 当吸收率a=1时，表明物体能将投射到它表面的热射线全部吸收，称为绝对黑体，简称黑体。 当反射率r =1时，表明物体能将投射到它表面的热射线全部反射出去，称为绝对白体，简称白体。 当是镜反射（入射角=反射角）则称镜体。 第二章 热 量 传 输 当d=1时，称为绝对透明体，简称透明体，又称介热体、透热体。 应该指出：上面所说的黑体、白体、透明体均是对热射线而言，而不是对可见光而言。 第二章 热 量 传 输 第二章 热 量 传 输 黑体模型 3. 辐射强度和辐射能力 （1）辐射强度：指表面朝向某个给定方向，对垂直于该方向的单位面积、在单位时间、单位立体角内所发射的全部波长的能量，用I表示。单位为W/m2 ? Sr 。 若辐射能力仅指某波长?下波长间隔d?范围内所射的能量，则称单色辐射强度。用I?表示。单位为W/m2?m ? Sr。 第二章 热 量 传 输 （2）辐射能力：发射辐射能的物体，每单位面积、单位时间内向半球体空间所发射的全部波长的辐射能量，用E表示。单位为W/m2。 若辐射能力仅指某波长?下波长间隔d?范围内所射的能量，则称单色辐射能力。用E?表示。单位为W/m2?m。 第二章 热 量 传 输 第二章 热 量 传 输 2.4.2 热辐射的基本定律 1. 普朗克定律 E b ? = ???/?e( C2/?T)??? C1——普朗克第一常数 C2——普朗克第二常数 第二章 热 量 传 输 普朗克定律的特点： （1）黑体的辐射光谱是连续的； （2）???和???时，E b ?皆为零，所以有极值Emax存在； （3）T越高则E b ?越大且?max向短波方向移动。 维恩偏移定律可表明它们的关系为： T??max =2897.6?mK 第二章 热 量 传 输 2. 斯梯芬——波尔兹曼定律（四次方定律） 四次方定律不仅指出了黑体只要绝对温度不为零就具有辐射能力，还表明了高温和低温辐射能力的显著差异。 第二章 热 量 传 输 3. 基尔霍夫定律 （1）灰体及黑度 实际物体的单色辐射能力随波长及温度的变化是不规则的，并不服从普朗克定律。 A.实际物体的单色辐射能力与同