热辐射概念简化

1、热辐射概念(ginin)热辐射的本质(bnzh)和特点共二十九页辐射(fsh)、热辐射(fsh)发射辐射能是各类物质的固有特性。物质是由分子、原子、电子等基本粒子组成，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(cchng)，发出电磁波向空间传播，这就是辐射。由于激发的方法不同，所产生的电磁波波长就不相同，它们投射到物体上产生的效应也不同。由于自身温度或热运动的原因而激发产生的电磁波传播，就称热辐射。热辐射的电磁波是物体内部微观粒子的热运动状态改变时激发出来的。只要物体的温度高于“绝对零度”，物体总是不断地把热能变为辐射能，向外发出热辐射。 共二十九页辐射(fsh)换热物体亦不断地

2、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。各类电磁波的波长(bchng)可从几万分之一微米（m ）到数千米，它们的名称和分类如图 4-1 共二十九页热射线(shxin)凡波长=038-076m范围的电磁波属可见光线，波长 0 . 38m的电磁波是紫外线、伦琴射线等；=076-1000m 之间的电磁波称为红外线； 1000m的电磁波是无线电波。通常把波长=01-100m的电磁波称为热射线，其中包括可见光线、部分紫外线和红外线，它们(t men)投射到物体上能产生热效应。 共二十九页图 4-1 电磁波谱图 4-1共二十九页热辐射

3、过程(guchng)的特点1电磁波在介质中的传播速度等于(dngy)光速，即c=( 4-I ) 式中c 介质中的光速； 波长；一频率。热热辐射过程有三个特点 ( 1 ）辐射换热与导热、对流换热不同，它不是依靠物质的接触传递热量，而是依靠电磁波传递热量。共二十九页热辐射过程(guchng)的特点2如阳光能够穿越辽阔的低温太空向地面辐射，而导热和对流换热都必须由冷、热物体直接接触或通过中间介质相接触才能进行。 ( 2 ）辐射换热过程伴随着能量形式的两次转化，即物体的部分内能转化为电磁波能发射出去(ch q)，当该电磁波达另一物体表面而被吸收时，电磁波能又转化为内能。 共二十九页高温(gown)物体

4、把能量传给低温物体( 3 ）一切物体只要其温度T0K ，都会不断地向外界发射热射线。当物体间有温差时，高温物体辐射给低温物体的能量大于低温物体辐射给高温物体的能量，因此总的结果(ji gu)是高温物体把能量传给低温物体。即使各个物体的温度相同，辐射换热仍在不断进行，只是每一物体辐射出去的能量，等于吸收的能量，从而处于辐射动态平衡。共二十九页辐射(fsh)的波动性及粒子性1辐射的本质及其传播过程除用电磁波理论说明之外，对有些现象还需进一步用量子理论来解释(jish)。如金属在光照射下能发射电子的光电效应，这就是辐射的本质既具有波动性又具有粒子性。粒子性表明辐射是离散的量子化能量束，即光子传播能量

5、的过程。共二十九页辐射(fsh)的波动性及粒子性2光子的能量e与频率(pnl)，的关系可用普朗克公式表示 ( 4-2 ) 式中 一频率共二十九页吸收(xshu)、反射和透射当外界的热射线投射到物体上时，遵循着可见光的规律，其中部分被物体吸收，反射，其余则透过物体，如图 4- 2 所示。设投射到物体上全波长范围(fnwi)的总能量为 G , 被吸收G，反射G，透射 Gr ，根据能量守恒可有若等式两端同除以 G ，得 ( 4-3 )如图 4-2共二十九页图 4-2 物体对热辐射的吸收、反射(fnsh)和穿透图图 4-2共二十九页式中： -称物体的吸收率，它表示投射的总能量中被吸收部分的能量所占的份

6、额； 称为反射(fnsh)率，表示投射的总能量中被反射(fnsh)的能量所占份额； - 穿透率，投射的总能量中透过的能量所占份额。共二十九页镜反射(fnsh)从某方向投射的热射线(shxin)其反射角等于入射角，这种反射称镜反射，如图 4-3 所示；共二十九页漫反射图4-4 对大部分非金属材料，由于表面(biomin)较粗糙，故接近于漫反射。共二十九页黑体(hit)如物体能全部吸收外来射线，即=1 ，则这种物体被定义为黑体。如物体全部反射外来射线，即=1 ，不论是镜反射或漫反射，均称为白体。如物体能被外来射线所全部透射，则称为透明体，r=1。自然界中并不存在黑体、白体与透明体，它们只是实际物体

7、热辐射性能的理想模型。例如(lr)烟煤的=0.96 ，高度磨光的纯金属=0.98 。 共二十九页关于(guny)黑体、白体、透明体1黑体、白体、透明体都是对全波长射线而言的，在一般温度条件下，由于可见光只占全波长射线中一小部分，所以物体对外来射线吸收能力的高低(god)，不能凭物体的颜色来判断；白颜色的物体不一定是白体，例如雪对可见光是良好的反射体，对肉眼来说是白色的，但对红外线却几乎能全部吸收，非常接近黑体。共二十九页关于(guny)黑体、白体、透明体2白布和黑布对可见光的吸收率不同，但对红外线的吸收率却基本相同。普通(ptng)玻璃对波长 2m 射线的吸收率很小，从而可以把照射到它上面的大

8、部分太阳能透射过去。但对 2m 的红外线几乎是不透明体。对多数液体和固体，只要稍具厚度，它们对红外线总是不透明的，即r=0 共二十九页图 4-6 黑体(hit)模型图 4-6 黑体既是一个理想的吸收体又是理想的发射(fsh)体，在热辐射中可把它作为标准物体以衡量实际物体的吸收率和发射(fsh)率。共二十九页斯蒂芬一玻尔兹曼定律(dngl)-四次方定律(dngl)。 在计算(j sun)辐射换热时，需要建立物体的辐射力 E 与温度T的关系。即( 4-13 ） 或 ( 4-14 )两式说明黑体的辐射力和热力学温度四次方成正比，故又称四次方定律。 共二十九页辐射力辐射力：单位时间内，物体的每单位面积

9、向半球空间所发射全波长的总能量(nngling)称为辐射力，用符号 E 表示，单位是 。根据定义，辐射力和辐射强度之间的关系为共二十九页辐射强度辐射强度:物体表面,对垂直于该方向的单位投影面积而言，在单位时间、单位立体角内所发射全波长的能量，用符号 I 表示，单位是 W 表示， 这里(zhl)的 Sr 为立体角，用给定方向上半球面，被立体角所切割的面积 dA2除以半径的平方计算，如 共二十九页图 4 - 5 立体角定义(dngy)图 图 4 - 5共二十九页黑体(hit)辐射的规律黑体的辐射力由斯蒂芬一波尔兹曼定律确定，它正比于其绝对温度T的四次方；黑体辐射能量按波长的分布服从普朗克定律；而在

10、空间(kngjin)方向的分布服从于兰贝特定律；黑体的单色辐射力有个峰值，峰值对应的波长max，由维恩定律确定，随着温度的升高，max值向波长较短的方向移。 共二十九页基尔霍夫定律(dngl)实际物体的辐射、吸收(xshu)特性E辐射力与同温度下黑体的单色辐射力的比值称为实际物体的单色发射率（亦称单色黑度）在热平衡条件下，任何物体的辐射力和它对来自黑体辐射的吸收率的比值，恒等于同温度下黑体的辐射力。 共二十九页气体(qt)辐射和吸收气体辐射(fsh)和吸收对射线波长具有选择性的。通常固体、液体表面的辐射和吸收光谱是连续的，而气体只能辐射和吸收某一定波长范围内的能量，即气体的辐射和吸收具有明显的

11、选择性。气体辐射和吸收的波长范围称为光带，对光带以外的热射线，气体既不辐射也不吸收，气体成为透明体。 共二十九页太阳辐射(ti yn f sh)1太阳能是自然界中可供人们利用的一种巨大能源。地球(dqi)上一切生物的成长都和太阳辐射有关，近年来人们在太阳能利用方面有不少进展。太阳是一个超高温气团，其中心进行着剧烈的热核反应，温度高达数千万度。共二十九页太阳辐射(ti yn f sh)2在大气层外缘并与太阳射线相垂直的单位(dnwi)表面所接受到的太阳辐射能为 1353W / m2，称为太阳常数由于高温的缘故，它向宇宙空间辐射的能量中有 99 % 共二十九页内容摘要热辐射概念(ginin)。物体亦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。( 2 ）辐射换热过程伴随着能量形式的两次转化，即物体的部分内能转化为电磁波能发射出去，当该电磁波达另一物体表面而被吸收时，电磁