第01章黑体辐射.ppt

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1、第一章黑体辐射10/1/20211黑体的定义和特点,Blackbody一种理想的物体，它允许所有的入射辐射进入其内，并吸收所有的入射的辐射能。黑体是理想的吸收体黑体是理想的发射体黑体的辐射各向同性，方向光谱辐射强度处处相同黑体在各个方向、各个波长下都是理想的发射体和吸收体黑体对真空的总辐射能量仅是温度的函数，环境温度不影响黑体的辐射行为10/1/20212黑体特性讨论图10/1/2021312.2.1MathematicaldefinitionsSolidangleThearclengthdlR

2、adiusrThesolidangledωThezenithangleθTheazimuthalangle412.2.1MathematicaldefinitionsSolidangleThesolidangledω5SolidangleThehemisphericalsolidangleωWherehreferstointegratingoverthehemisphere.sr:theunitsteradian.6立体角示意图10/1/20217黑体的发射特性黑体的辐射强度定义Blackbo

3、dyradiationintensity:每单位时间在波长λ附近的每单位波长间隔内，垂直于(θ,φ)方向的每单位投影面积，发射到以(θ,φ)方向为中心的单位立体角内的能量。与现代光学上，或物理学上的亮度L的定义相同，物理学上的辐射强度描述点辐射源，为：10/1/20218黑体表面的光谱辐射强度定义图10/1/20219黑体辐射力(power)Blackbodyradiationpower:每单位时间内在波长λ附近的每单位波长间隔内，从每单位面积的黑体表面，发射到以(θ,φ)方向为中心的单位立体角

4、内的能量。称为黑体表面的方向光谱辐射力10/1/202110黑体辐射强度与角度无关因为是在投影面积的基础上定义的，所以黑体辐射强度与发射方向无关。10/1/202111推导过程10/1/202112黑体辐射角分布图10/1/202113黑体辐射强度与角度无关黑体辐射强度与发射方向无关理解10/1/202114Lambert定律与φ无关Lambertcos定律，符合的称为漫射表面对黑体，因为是理想体（作为比较基准），从辐射强度和辐射力的定义知10/1/202115黑体的半球光谱辐射力方向光谱辐射力

5、对表面上方的半球壳的全部立体角进行积分所得的光谱辐射力，称为半球光谱辐射力黑体的半球辐射力是辐射强度的π倍，或者是垂直于表面的方向辐射力的π倍。10/1/202116Planck’slaw，黑体半球光谱辐射力下标0表示真空，或n=1的介质，常省略10/1/202117黑体在不同温度下的半球光谱辐射力分布图太阳5780K10/1/202118黑体半球辐射力的光谱分布10/1/202119Wien位移定律黑体半球光谱辐射力达最大值时的波长称为10/1/202120黑体总辐射强度和半球总辐射力Stef

6、an-Boltzmann常数10/1/202121例题1已知一黑体表面沿法向发射的辐射总能量在每单位立体角每单位表面积为10000w/(m2.sr)，求该表面的温度？解：半球总辐射力与法向总辐射强度的关系式为所以，表面温度为10/1/202122例题2已知一黑体表面半球总辐射力为20kw/m2，求该表面的温度？另外具有最大光谱辐射强度的波长是多少？解：根据Stefan-Boltzmann定律，黑体的半球总辐射力与温度的关系式为所以，表面温度为根据Wien定律有10/1/202123例题3已知一表

7、面温度为1000ºC的黑体向真空发射。求在光谱6μm的辐射强度，以及天顶角60度方向的方向光谱辐射力和半球光谱辐射力？解：Planck定律Stefan-Boltzmann定律10/1/202124黑体在波长间隔内的辐射份额函数份额函数可直接查表，不需复杂的数值积分计算10/1/202125黑体辐射力在0到λT范围内的份额图10/1/202126黑体在介质中（非真空）辐射10/1/202127黑体的实验室制备10/1/202128定义半球总：指对全部光谱（波长）的积分率：-ivity固有属性性：

8、-ance方向(θ,φ)，光谱λ10/1/202129黑体辐射量图解一10/1/202130黑体辐射量图解一10/1/202131黑体辐射量图解一10/1/202132黑体辐射量图解二10/1/202133黑体辐射量图解二10/1/202134黑体辐射量图解二10/1/202135概念复习10/1/202136思考题1一黑体T=2778K，一位实验者想用辐射探测器来测量该黑体的总辐射力。该探测器能吸收λ=0.8~5μm光谱内的所有辐射，但探测不到这一区域外的能量。试问实验者对该探测结果如何修正？