热辐射基本定律和辐射特性.ppt

7.1热辐射现象的基本概念辐射是电磁波传递能量的现象。
电磁辐射的波长范围很广，从长达数百米的无线电波到小于10-14米的宇宙射线。
由于热的原因而产生的电磁辐射称为热辐射。在工业上所遇到的温度范围内（2000K以下），最感兴趣的是波长约从0.38μm到0.76μm的可见光和波长从可见光谱的红端之外延伸到1000μm的红外线。
有时以波长25μm为界，又将红外线区分为近红外区和远红外区。理论上热辐射的波长范围从零到无穷大，但在日常生活和工业上常见的温度范围内，热辐射的波长主要在0.1μm至100μm之间,包括部分紫外线、可见光和部分红外线三个波段。

辐射换热：以热辐射的方式进行的热量交换。只要物体的温度高于0K，物体总是不断地把热能变化辐射能，向外发出热辐射。
同时，物体也不断地吸收周围物体投射到它上面的热辐射，并把吸收的辐射能重新转变成热能。
辐射换热就是指物体之间相互辐射和吸收的总效果。
一个物体如果与另一个物体相互能够看得见，那么它们之间就会发生辐射热交换。
热辐射不依靠中间媒介，可以在真空中传播。
辐射换热的主要影响因素：

（1）物体本身的温度、表面辐射特性；
（2）物体的大小、几何形状及相对位置。各部分百分数Q/Q、Q/Q、Q/Q分别称为该物体对投入辐射的吸收比、反射比和透射比，记为、和。于是 由于热射线不能穿过固体和液体，于是可以把它们的吸收和反射视为一个表面过程，它们自身辐射也应在表面完成。因此，固体和液体上的热辐射是表面辐射。注意：
（1）α、ρ、τ属于物体的辐射特性，取决于物体的种类、温度和表面状况，是波长的函数。
α,ρ,τ不仅取决于物体的性质，还与投射辐射
能的波长分布有关。
（2）固体和液体对辐射能的吸收和反射基本上属于表面效应。金属：表面层厚度小于1μm；绝大多数非金属：表面层厚度小于1mm。
（3）对于固体和液体，τ=0,α+ρ=1。由于不同物体的吸收比、反射比和透射比因具体条件不同差别很大，给热辐射的计算带来很大困难。为了使问题简化，我们定义了一些理想物体。当表面的不平整尺寸小于投入辐射的波长时，形成镜面反射，此时入射角等于反射角。高度磨光的金属板会形成镜面反射。

当表面的不平整尺寸大于投入辐射的波长时形成漫反射。这时从某一方向投射到物体表面上的辐射向空间各方向反射出去。7.2黑体热辐射的基本定律②单色辐射力（光谱辐射力）③方向辐射力（定向辐射力）立体角是用来衡量空间中的面相对于某一点所张开的空间角度的大小，如图c所示，其定义为：19（2）黑体辐射基本定律图中给出了在温度为参变量下的单色辐射力随波长变化的一组曲线。单色辐射力随着波长的增加而增加，达到某一最大值后又随着波长的增加而慢慢减小。Eb最大处的波长m也随温度不同而变化。令例7-1：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m。因此，对遵守兰贝特定律的辐射，辐射力在数值上等于辐射强度的倍。7.3固体和液体的辐射特性实际表面的辐射力与同温度下黑体辐射力的比值，称为黑度（发射率）。实际表面的单色辐射力与同温度下黑体表面的单色辐射力之比物体表面在某方向上的方向辐射力与同温度黑体辐射在该方向上的方向辐射力之比，亦可表示为物体在某方向上的辐射强度与同温度黑体辐射在该方向上的辐射强度之比如果实际物体是漫射表面，则其方向辐射率应等于常数，而与角度无关。
事实上实际物体不是漫发射体，即辐射强度在空间各个方向的分布不遵循兰贝特定律，是方向角的函数。对于金属表面在一个小的φ角范围内亦有等强辐射的特征，方向黑度可视为不变，然后随着φ角增大而急剧增大，直到φ接近90°才有减小。实际物体发射率数值大小取决于材料的种类、温度和表面状况，通常由实验测定。对绝大多数实际工程材料来说，可以近似地认为半球总发射率等于法向总发射率，即ε≅εn实际物体的发射率具有以下特点：

（1）金属表面发射率偏小，且随波长的增大而减小,一般随温度升高而增大；
（2）非金属表面发射率较高，且随着波长的增大而增大，一般还随温度升高而减小；
（3）法向发射率随温度的变化规律与光谱法向发射率随波长的变化规律有关，因为温度越高，短波辐射的比例越大。
（4）材料的表面状况（粗糙度、氧化程度等）是影响发射率大小的重要因素。41427.4实际物体对辐射能的吸收与辐射的关系辐射源温度对吸收比的影响是因为实际物体的单色吸收比不等于常数的缘故。45物体表面的单色吸收率随波长变化的特性称为物体表面对波长（光谱）的选择性。墨镜：焊接工人工作时带一黑色眼镜是为了让对人体有害的紫外线能被特种玻璃所吸收。

五颜六色的世界：
当阳光照射到一个物体表面时，如果该物体几乎全部吸收各种可见光，它就是黑色；
如果几乎全部反射可见光，它就是白色；
如果几乎均匀吸收各色可见光并