热辐射的基本定理

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1、第八章热辐射的基本定理本章从分析热辐射的本质和特点开始，结合表面的辐射性质引出有关热辐射的一系列术语和概念，然后针对辐射规律提出了热辐射的基本定律。学习的基本要求是：理解热辐射本质和特点。有关黑体、灰体、漫射体，发射率（黑率）、吸收率的概念。理解和熟悉热辐射的基本定律，重点是斯蒂芬—玻尔兹曼定律和基尔霍夫定律。了解影响实际物体表面辐射特性的因素。主要内容有：一、作为表面的热辐射性质，主要有：对外来投射辐射所表现的吸收率、反射率、透射率和自由温度所表现出的发射率。对实际表面，这些性质既有方向性又具有光谱性，即它们既和辐射的方向有关，又和辐射的波长有关。所以实际表面的辐射性质是十分

2、复杂的。工程上为简化计算而提出了“漫”“灰”模型：前者指各向同性的表面，即辐射与反辐射性质与方向无关；后者指表面的辐射光谱与同温度黑体的辐射光谱相似，或表面的单色吸收率不随波长而变化是一个常数。如某表面的辐射特性，除了与方向无关外，还与波长无关，则称为“漫—灰”表面，本教材主要针对这类表面作分析计算。二、有关黑体的概念。黑体既是一个理想的吸收体又是理想的发射体，在热辐射中可把它作为标准物体以衡量实际物体的吸收率和发射率。基于黑体是理想吸收体，如把他置于温度为T的黑空腔中，利用热平衡的原理可推论出黑体尚具有如下特性：1、在同温度条件下，黑体具有最大的辐射力Eb，既（T）>（T）。

3、2、黑体的辐射力是温度的单调递增函数。3、黑体辐射各向同性，即黑体具有漫射性质，辐射强度与方向无关，≠。三、发射率发射率单色发射率与的关系对灰表面≠，可有=。四、辐射力E和辐射强度I均表示物体表面辐射本领。只要表面温度T>0K，就会有辐射能量。前者是每单位表面积朝半球方向（0K环境）在单位时间内所发射全波长的能量，而后者是某方向上每单位投影面积在单位时间、单位立体角内所发射的全波长能量。它们之间的关系是，对黑体。如果是单色辐射能量，相对有单色辐射力和单色辐射强度，并有，对黑体。五、热辐射的基本定律有：1、普朗克定律：2、斯蒂芬—玻尔兹曼定律：W/（m2·K4）对灰表面3、兰贝特

4、定律：或对漫表面才有此关系。4、基尔霍夫定律：在热平衡条件下得出温度不平衡条件下几种不同层次：（1）、无条件成立；（2）、漫表面成立；（3）、灰表面成立；（4）、漫—灰表面成立。第一节基本概念一．热辐射的本质和特点1．热辐射：由于自身温度或热运动的原因而激发产生的电磁波传播。通常把范围的电磁波称为热射线，包括可见光、部分紫外线和红外线。2．热辐射过程的特点：1）辐射换热不依赖物体的接触而进行热量传递；2）辐射换热过程伴随物质能量形式的两次转化，即内能电磁波能内能。3）一切物体只要其温度大于0，都会不断发射热射线。二．吸收、反射和透射1．吸收率：2．反射率：3．透射率：黑体，白体

5、，透明体三．辐射强度和辐射力1．辐射强度：单位时间内，在某给定辐射方向上，物体在与发射方向垂直的方向上的每单位投影面积，在单位立体角内所发射全波长的能量称为该方向的辐射强度，用符号表示，单位为单色辐射强度：单位时间内，与发射方向垂直的物体的每单位投影面积，在波长附近的单位波长间隔内，单位立体角内所发射的能量称为单色辐射强度，用表示，单位为2．辐射力：单位时间内，物体的每单位面积向半球空间所发射全波长的总能量称为辐射力，用符号E表示，单位单色辐射力：单位时间内，物体的每单位面积，在波长附近的单位波长间隔内，向半球空间所发射的能量称为单色辐射力，用表示，单位为定向辐射力：单位时间内

6、，物体的每单位面积向半球空间某给定辐射方向上，在单位立体角内所发射全波长的能量称为定向辐射力，用符号表示，单位为3．二者关系第二节热辐射的基本定理一．普朗克定理揭示了黑体单色辐射力和波长，热力学温度T之间的关系：——波长；T——热力学温度；C1——普朗克第一常数；C2——普朗克第二常数。图线：二．斯蒂芬—玻尔兹曼定理Cb=5.67，称为黑体辐射系数。三．兰贝特余弦定理黑体在任何方向上辐射强度与方向无关对漫辐射表面，辐射力是任意方向辐射强度的倍四．基尔霍夫定理揭示了物体发射能力与它吸收辐射能力之间关系T1实际T2黑体当T1=T2时，q=0EEb热平衡时，任意物体对黑体投射辐射的吸

7、收率等于同温度下物体的发射率。实际情况：1．漫射表面：2．灰表面：3．漫灰：