章熙民习题第八章-1011

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1、第八章热辐射的基本定律8-1基本要求1.掌握热辐射的基本概念。2.掌握热辐射的基本定律，能够利用热辐射基本定律分析自然现象。3.能够准确计算不同波段下的辐射力以及吸收比、穿透比等。4.理解影响实际物体表面辐射特性的因素。8-2内容提要一、基本概念1.热辐射辐射是指当原子内部的电子受激和振动时，产生交替变化的电场和磁场，向空间发射电磁波。若由于自身温度或热运动的原因而激发产生的电磁波传播，称为热辐射。2.不同波长的射线通常把λ=0.1～100μm范围的电磁波称热射线，它们投射到物体上能产生热效应，其中波长λ=0.38~0.76μm范

2、围的电磁波属可见光线，波长小于0.38μm的射线是紫外线，波长大于0.76μm的射线是红外线。太阳辐射的主要能量集中在0.2～2μm的波长范围，其中在可见光波段占有很大比重。3.吸收比、反射比、穿透比，称为物体的吸收比，表示投射过来的总能量中被物体吸收的能量所占份额；，称为物体的反射比，表示投射过来的总能量中被物体反射的能量所占份额；，称为物体的穿透比，表示投射过来的总能量中透射过去的能量所占份额。根据能量守恒原理有，（8-1a）如果投射能量是某一波长下的辐射能，上述关系同样适用，即：（8-1b）式中，aλ、rλ、tλ分别为光谱吸

3、收比、光谱反射比、光谱穿透比。a、r、t和aλ、rλ、tλ是物体表面的辐射特性，它们和物体的性质、温度及表面状况有关。另外，对全波长的特性a、r、t来说，还和投射过来的辐射能波长分布情况有关。4.黑体若物体能够全部吸收外来射线，即a=1，则这种物体称为黑体。尽管黑体是针对物体的吸收比定义的，可黑体的辐射力也是同温度物体中最大的。因此，黑体既是一个理想的吸收体，又是一个理想的发射体，一直作为标准物体来衡量实际物体的吸收比和发射率。注意的是，绝对的黑体在自然界中是不存在的。5.白体、透明体如物体能全部反射外来射线，即ρ=1，不论是镜反

4、射或漫反射，这类物体称为白体。如物体能被外来射线全部透射，即τ=1，则称为透明体。同样，绝对的白体、透明体在自然界中不存在。需要注意，黑体、白体、透明体都是对全波长射线而言，而不是针对某一波长。6.立体角立体角为一空间角度，一般用符号ω表示，其单位为sr（球面度）。立体角的量度是：以立体角的角端为中心，作一半径为r的半球，将半球表面上被立体角所切割的面积A2除以半径的平方r2，即：（8-2）7.可见辐射面积可见辐射面积是指站在给定辐射方向上所看到的发射辐射能物体的表面积。8.定向辐射强度在某给定辐射方向上，单位时间、单位可见辐射面

5、积、在单位立体角内所发射全部波长的能量称为定向辐射强度，用符号Iq表示，单位W/(m2·sr)。9.光谱定向辐射强度在某给定辐射方向上，单位时间、单位可见辐射面积，在波长λ附近的单位波长间隔内、单位立体角内所发射的能量称光谱定向辐射强度，用符号Iλ表示，单位为W/(m2·sr·μm)。10.定向辐射力在某给定辐射方向上，单位时间内、物体单位辐射面积、在单位立体角内所发射全部波长的能量称为定向辐射力，用符号Eθ表示，单位W/(m2·sr)。11.辐射力单位时间内、物体单位辐射面积向半球空间所发射全部波长的总能量称为辐射力，用符号E表

6、示，单位W/m2。12.光谱辐射力单位时间内、物体单位辐射面积、在波长λ附近的单位波长间隔内，向半球空间所发射的能量称为光谱辐射力，又称为单色辐射力，用符号Eλ表示，单位W/(m2·μm)。13.光谱定向辐射力在给定辐射方向上，单位时间内、单位物体辐射面积、在单位立体角内发射的在波长l附近单位波长间隔内的能量称为光谱定向辐射力，又称为单色定向辐射力，用符号El,q表示，单位W/(m2·sr·μm)。14.峰值波长在某个波长上，黑体光谱辐射力达到一个峰值，此时对应的波长称为峰值波长λmax。15.黑体辐射函数黑体在0~l波段内的辐射

7、力与同温度下黑体辐射力Eb的比值，记为Fb(0-λT)。16.漫辐射、漫反射、漫射表面漫辐射是指物体发射的定向辐射强度与方向无关，漫反射是指反射的定向辐射强度与方向无关。若某个表面既具有漫辐射，又具有漫反射特性，则该表面统称为漫射表面。17.发射率实际物体的辐射力与同温度黑体的辐射力之比称为该物体的发射率，又称为黑度、黑率，用符号ε表示。根据辐射力的几种定义，可有以下几种不同的发射率。发射率光谱发射率定向发射率光谱定向发射率18.灰体假如某物体的光谱发射率ελ不随波长发生变化，即ε=ελ=常数，则这种物体称为灰体。灰体的光谱辐射力

8、与同温度黑体光谱辐射力随波长的变化曲线完全相似，灰体也是理想化的物体。二、基本定律1.普朗克定律普朗克定律给出了黑体光谱辐射力Ebλ和波长λ、热力学温度T之间的函数关系，表达式为W/(m2·μm)（8-3）式中λ—波长，μm；T—热力学温度，K；C