热辐射的基本定律教学内容.ppt

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1、热辐射的基本定律6.1.2从电磁波的角度描述热辐射的特性电磁波的传播速度：C=fλ式中：f—频率，s-1;λ—波长，μm1、传播速率与波长、频率间的关系2、电磁波的波谱热辐射：λ＝0.1～100μm，包括可见光线、部分紫外线和红外线0.38图8-1电磁辐射波谱0.76红外辐射的应用以波长25μm为界，分为近红外线和远红外线远红外线加热技术的应用微波：λ＝1mm～1mλ>1m的电磁波广泛应用于无线电技术中。当热辐射投射到物件上时，遵循着可见光的规律，其中部分被物体吸收，部分被反射，其余则透过物体。3.物体表面对电磁波的作用物体对

2、热辐射的吸收反射和穿透（1）吸收比、反射比和穿透比之间的一般关系吸收率反射率穿透率对于大多数的固体和液体：对于不含颗粒的气体：固体和液体对投入辐射的吸收和反射特性，具有在物体表面上进行的特点，而不涉及物体内部。气体的辐射和吸收在整个气体容积中进行，表面状况无关紧要。（2）固体表面的两种反射镜面反射：入射角=反射角，表面粗糙度<波长漫反射：表面粗糙度>波长一般工程材料均形成漫反射。图7-4漫反射图7-3镜反射为研究辐射特性可提出以下理想辐射模型：黑体：A=1R=0D=0；白体：A=0R=1D=0；透明体:A=0R=0D=1自然界

3、和工程应用中，完全符合理想要求的黑体、白体和透明体虽然并不存在，但和它们根相象的物体却是有的。例如，煤炭的吸收比达到0.96，磨光的金子反射比几乎等于0.98，而常温下空气对热射线呈现透明的性质。7.1.3黑体模型及其重要性具有一个小孔的等温空腔表面，若有外部投射辐射从小孔进入空腔内，必将在其内表面经历无数次的吸收和反射，最后能够从小孔重新选出去的辐射能量必定微乎其微。认为几乎全部入射能量都被空腔吸收殆尽。从这个意义上讲，小孔非常接近黑体的性质。黑体具有最大的吸收力(A=1)，同时亦具有最大的辐射力(ε=1)。在实际物体中不存

4、在绝对黑体，为此引出人工黑体，如图所示。热辐射能量的表示方法6.2黑体热辐射的基本定律单色输出度（辐射力）Eλ：单位时间内单位表面积向其上的半球空间的所有方向辐射出去的包含波长λ在内的单位波长内的能量称为单色输出度（辐射力）(W/m2m)。输出度（辐射力）E：单位时间内，物体的单位表面积向半球空间发射的所有波长的能量总和(W/m2)。从总体上表征物体发射辐射能本领的大小。E、Eλ关系:显然，E和Eλ之间具有如下关系：黑体一般采用下标b表示，如黑体的输出度（辐射力）为Eb，黑体的单色输出度（辐射力）为Ebλ式中，λ—波长，m；T

5、—黑体温度，K；c1—第一辐射常数，3.7419×10-16Wm2；c2—第二辐射常数，1.4388×10-2WK；6.2.1普朗克定律(1900年）描述了黑体单色辐射力随波长及温度的变化规律。Planck定律的图示黑体单色辐射力随波长和温度的依变关系λm与T的关系由Wien位移定律给出：维恩位移定律的发现在普朗克定律之前，但可以通过将普朗克定律对λ求导并使其等于零得到。维恩Wien位移定律（1893热力学理论得出）【解】应用Wien位移定律T=2000K时max=2.910-3/2000=1.45mT=5800K时

6、max=2.910-3/5800=0.50m常见物体最大辐射力对应的波长在红外线区太阳辐射最大辐射力对应的波长在可见光区【例】试分别计算温度为2000K和5800K的黑体的最大光谱辐射力所对应的波长。7.2.2Stefan-Boltzmann定律式中，σ=5.67×10-8w/(m2K4)，Stefan-Boltzmann常数。c0＝5.67w/(m2K4)，黑体辐射系数描述了黑体辐射力随表面温度的变化规律。1879年Stefan实验，1884年Boltzman热力学理论得出；将Plank’sLaw积分即得。普朗克定

7、律与Stefan-Boltzmann定律的关系在实际中，有时需求出某一特定波长的辐射能量。如图中的在1和2之间的线下面积。黑体在波长λ1和λ2区段内所发射的辐射力：特定波长区段内的黑体辐射力黑体辐射按波段的分布黑体辐射函数通常把波段区间的辐射能表示为同温度下黑体辐射力（λ从0到∞的整个波谱的辐射能）的百分数，记作。黑体辐射函数【例】试求温度为3000K和6000K时的黑体辐射中可见光所占的份额。Fb(λ1-λ2)=Fb(0-λ2)-Fb(0-λ1)=11.5%-.14%=11.36%。同样的做法可以得出6000K的黑体在可

8、见光范围所占的份额为Fb(λ1-λ2)=Fb(0-λ2)-Fb(0-λ1)=57.0%-11.5%=45.5%。【解】：可见光的波长范围是从0.38μ到0.76μ，对于3000K的黑体其λT值分别为1140和2280。可从查表8－1得Fb(0-λ1)和Fb(0-λ2)分别为0