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时间:2020-09-22
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1、第三章热辐射的基本规律1以灰色表面(可视为灰体)的吸收率为0.3,当温度为20℃时,求它在每秒每平方厘米表面所发出的能量。如图所示的液氦低温恒温器,吸收靶面表面黑化,面积较大且紧挨着窗口,此液氦低温恒温器主要接受环境的辐射,环境温度为300K时,可接近看成黑体,其窗口面积为1cm-2.若液氦的汽化潜热为25.115J/g,则每分钟消耗多少液氦?液氦靶面窗口23、(1)一半径为R0的球,由忽略热传导的绳子悬在一大的空腔内,腔壁的发射率为1并保持温度为T,球的发射率为ε0,球由电功率P0加热,问球的平衡温度T0是多少?(2)现有一个与球同心的金属球壳放在球和空腔之间,球壳的半径为R
2、1,发射率是ε1,入射到球壳上的辐射一部分被球壳吸收,另一部分被球壳镜面反射,假设球和球壳均为朗伯体,则球壳的平衡温度T1是多少?此时球的温度是多少?3黑体在某一温度时的辐射出射度为5.67×104W/m2,试求这时光谱辐射出射度最大值所对应的波长λm。把一个温差热电堆放在一个有小圆孔的炉子附近,当炉温为2000K时,把热电堆移至炉孔附近适当位置处,使炉孔对热电堆所张的立体角与太阳对热电堆所张的立体角相等,则检流计的偏转约等于热电堆放在太阳照射下的1/80。若热电堆的响应是线性的,试求太阳表面的大致温度。(注,将炉孔发出的辐射视为黑体辐射)4引言热辐射——红外辐射概念:物体以自身
3、温度而向外发射能量称热辐射,亦称温度辐射。在光学范畴内,在可见光范围内的辐射一般称为发光,在红外部分通常称为辐射。红外辐射的发射和接收是都热交换。红外技术的应用都是基于热交换的。5发光分三种光致发光(泵浦)电致发光化学发光(鬼火)放电激发辉光放电弧光放电6普雷夫定则:在单位时间内,如果两个物体吸收的能量不同,则它们发射的能量也不同。即在单位时间内,一个物体发出的能量等于它吸收的能量。普雷夫定则小实验7§3-1基尔霍夫定律发射本领:即物体的辐射出射度M,通常写成MλT,因为M=f(λ、T)吸收本领:即物体的吸收比α,α也与波长和温度有关,故写成αλT。二者之间关系(称为基尔霍夫定律
4、)8如果有三个物体,则即所有的物体,它们的发射本领与发射本领之比都是相同的一个常数(在相同温度、相同波长条件下)。式中MbλT——黑体的辐射出射度。αbλT——黑体的吸收比,αbλT=1(黑体的定义)9基尔霍夫定律的描述:在给定温度下,对某一波长来说,物体的吸收本领和发射本领的比值与物体本身的性质无关,对于一切物体都是恒量。即MλT/αλT对所有物体都是一个普适函数(即黑体的发射本领),而MλT和αλT两者中的每一个都随着物体而不同。“发射大的物体必吸收大”,或“善于发射的物体必善于接收”,反之亦然。10关于基尔霍夫定律的说明:1.基尔霍夫定律是平衡辐射定律,与物质本身的性质无关
5、,(当然对黑体也适用);2.吸收和辐射的多少应在同一温度下比较,(温度不同时就没有意义了);3.任何强烈的吸收必发出强烈的辐射,无论吸收是由物体表面性质决定的,还是由系统的构造决定的;4.基尔霍夫定律所描述的辐射与波长有关,不与人眼的视觉特性和光度量有关;5.基尔霍夫定律只适用于温度辐射,对其它发光不成立。11§3-2黑体及其辐射定律黑体是一个抽象的概念,可以从几个方面认识:1、(理论上讲)ɑ=1的物体。全吸收,没有反射和透射。2、(结构上讲)封闭的等温空腔内的辐射是黑体辐射。3、(从应用角度)如果把等温封闭空腔开一个小孔,则从小孔发出的辐射能够逼真地模拟黑体辐射。这种装置称为黑
6、体炉。12黑体的应用价值(实用意义):1.标定各类辐射探测器的响应度;2.标定其他辐射源的辐射强度;3.测定红外光学系统的透射比;4.研究各种物质表面的热辐射特性;5.研究大气或其他物质对辐射的吸收或透射特性。主要做光源(辐射源)13普朗克公式:Mbλ——黑体的光谱辐射出射度c——真空光速c1——第一辐射常数c1=2πhc2=3.7418×10-16W·m2c2——第二辐射常数c2=hc/k=0.014388m·Kh——普朗克常数6.626176×10-34J·sk——波尔兹曼常数1.38×10-23J/K1415曲线的说明(黑体的辐射特性):Mbλ随波长连续变化。对应某一个温度
7、就有固定的一条曲线。(一旦温度确定,则Mbλ在某波长处有唯一的固定值)温度越高,Mbλ越大。(全辐射出射度Mb是曲线下面积)随着温度T的升高,Mbλ的峰值波长向短波方向移动。(T再高就可见了)黑体的辐射特性只与其温度有关,与其它参数无关。黑体辐射亮度与观察角度无关。16普朗克公式在以下两种极限条件下的情况:(1)当c2/(λT)>>1时,即hc/λ>>KBT,此时对应短波或低温情形,普朗克公式中的指数项远大于1,故可以把分母中的1忽略,这时普朗克公式变为这就是维恩公式,它仅适用于
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