传热学教学课件第七章 热辐射基本定律及物体的辐射特性.ppt

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1、第七章热辐射基本定律及物体的辐射特性热辐射是三种基本热量传递方式之一。热辐射是通过电磁波来传递能量的。热辐射的机理与导热和对流不同，它是非接触式的热量传递。本章，我们将首先从电磁辐射的观点来认识热辐射的本质及辐射能量传递过程中的一些特点，然后着重讨论热辐射的几个基本定律，最后介绍实际物体（固体和液体）的辐射特性，以便为下一章讨论辐射的计算打下基础。第一节热辐射的基本概念辐射是电磁波传递能量的现象。按照产生电磁波的不同原因可以得到不同频率的电磁波。高频振荡电路产生的电波就是一种电磁波。此外还有红外线、可见光、紫外线、X射线及γ射线等各种电磁波。由于热的原因而产生的电磁波辐射称为热辐射（热辐射

2、这一名词有时也指热辐射传递能量的过程）。热辐射的机理由于物体内部微观粒子在不停的进行着热运动，当其运动状态发生改变时会激发出电磁波，从而产生热量的传递。只要物体的温度高于“绝对零度”，物体内部的分子就在不停地进行热运动，就会不断地产生电磁波，向外发出热辐射。同时，物体也不断地吸收周围物体投射到它上面的热辐射，并把吸收的辐射能重新转变成热能。辐射换热就是指物体之间相互辐射和吸收的总效果。当物体与环境处于热平衡时，其表面上的热辐射仍在不停地进行，只是其辐射换热量等于零。热辐射的特点热辐射具有一般辐射现象的共性。例如，各种电磁波都以光速在空间传播，这是电磁波辐射的共性，热辐射也不例外。电磁波的速度、

3、波长和频率之间存在如下的关系：：电磁波的传播速度，；：频率，；：波长，单位为，常用单位为（微米），。电磁波的波谱电磁波的波长范围成为电磁波的波谱。在整个波谱范围内可以将电磁波进行命名。插入波谱图。从理论上说，物体热辐射的电磁波也可以包括整个波谱，即波长从零到无穷大。热射线的波长范围从理论上说，物体热辐射的电磁波也可以包括整个波谱，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2000K以下，有实际意义的热辐射波长位于0.38～100之间，且大部分能量位于红外线区段的0.76～20范围内，所以热射线人们的眼睛是看不见的。如果我们把温度的范围扩大到太阳辐射。情况就会有变化。太阳的表面温度

4、大约微5800K，太阳辐射的主要能量集中在0.2～2的波长范围，其中可见光区段占有很大的比重。红外线的分类和应用红外线又有远红外和近红外之分，大体上以25为限，波长在25以下的红外线称为近红外线，25以上的称为远红外线。20世纪70年代初期发展起来的远红外加热技术，就是利用远红外线来加热物体的。远红外线可穿过塑料、玻璃及陶瓷制品，但却会被像水那样的具有极性分子的物体所吸收，在物体内部产生热源，从而使物体比较均匀的得到加热。各类食品中的主要成分是水，因而远红外加热是一种比较理想的加热手段。物体对热射线的反应当热辐射的能量投射到物体表面上时，和可见光一样，物体也会对热辐射发生吸收、反射和穿透现象。

5、插入图：物体对热辐射的吸收、反射和穿透根据能量守恒定律有几个定义吸收比：反射比：穿透比：不同物体对热辐射的反应对某一物体而言，当辐射能投入到其表面后，一定满足当物体为固体或液体时，满足当物体为气体时，满足几种特殊表面的定义绝对黑体：吸收比为1的物体称为绝对黑体，简称黑体。透热体（透明体）：透射比为1的物体称为透热体或透明体。绝对白体：反射比为1的物体称为绝对白体或者镜体，当物体表面为漫反射表面时称为绝对白体；当物体表面为镜反射表面时称为镜体。人工黑体尽管在自然界并不存在黑体，但用人工的方法可以制造出十分接近黑体的模型。选用吸收比小于1的材料制造一个空腔，并在空腔壁面上开一个小孔,再设法使空腔壁

6、面维持均匀的温度，这时空腔上的小孔就具有黑体的特性。这种带有小孔的温度均匀的空腔就是一个黑体的模型。小孔面积占空腔内壁总面积的份额越小，小孔的吸收比就越高。若小孔占内壁面积小于0.6％，当内壁吸收比为0.6时，计算表明，小孔的吸收比可大于0.996。演示：黑体模型黑体在辐射换热中的作用黑体在热辐射分析中有其特殊的重要性。下节的讨论将表明：在相同温度的物体中，黑体的辐射能力最大。在研究黑体辐射的基础上，我们处理其他物体辐射的思路是：把其他物体的辐射和黑体辐射相比较，从中找出其与黑体辐射的偏离，然后确定必要的修正系数，本章下面的讨论将按照这一思路来进行。第二节黑体辐射的基本定律本节着重介绍黑体辐射

7、的三个基本定律，它们分别是：（1）表征黑体总辐射能力的斯蒂芬——玻耳兹曼定律；（2）表征黑体在某一波长时辐射能力大小的普朗克定律；（3）表征黑体在某一方向上辐射能力大小的兰贝克定律。两个基本概念辐射力——单位时间内物体的单位表面积向半球空间所有方向发射出去的全部波长的辐射能的总量，称为物体的辐射力，辐射力用符号E表示，其单位为。对于黑体，辐射力用表示。辐射力从总体上表征了物体发射辐射能的本领。光谱