物体的热辐射特性VIP专享VIP免费

第七章热辐射基本定律及物体的辐射特性1第七章热辐射基本定律及物体的辐射特性第七章热辐射基本定律及物体的辐射特性2§7-1热辐射的基本概念1.热辐射特点(1)定义：由热运动产生的，以电磁波形式传递能量；(2)特点：a任何物体，只要温度高于0K，就会不停地向周围空间发出热辐射；b可以在真空中传播；c伴随能量形式的转变；d具有强烈的方向性；e辐射能与温度和波长均有关；f发射辐射取决于温度的4次方。2.电磁波谱电磁辐射包含了多种形式，如图7-1所示，而我们所感兴趣的，即工业上有实际意义的热辐射区域一般为0.1~100μm。电磁波的传播速度：c=fλ式中：f—频率，s-1;λ—波长，μm第七章热辐射基本定律及物体的辐射特性3电磁辐射波谱图7-1第七章热辐射基本定律及物体的辐射特性4当热辐射投射到物体表面上时，一般会发生三种现象，即吸收、反射和穿透，如图7-2所示。11QQQQQQQQQQ3.物体对热辐射的吸收、反射和穿透图7.2物体对热辐射的吸收、反射和穿透吸收比、反射比、透射比体现了能量的守衡第七章热辐射基本定律及物体的辐射特性5对于大多数的固体和液体：对于不含颗粒的气体：对于黑体：镜体或白体：1111,01,0透明体：反射又分镜面反射和漫反射两种图7-3镜面反射图7-4漫反射第七章热辐射基本定律及物体的辐射特性6第七章热辐射基本定律及物体的辐射特性71.黑体概念黑体：是指能吸收投入到其面上的所有热辐射能的物体，（吸收比α=1的物体），是一种科学假想的物体，现实生活中是不存在的。但却可以人工制造出近似的人工黑体。图7-5黑体模型§7-2黑体辐射的基本定律第七章热辐射基本定律及物体的辐射特性8第七章热辐射基本定律及物体的辐射特性9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)；单色(或光谱)辐射力Eλ：单位时间内，对某一给定波长，物体的单位表面积向半球空间发射的能量。(W/m2)；2.热辐射能量的表示方法E、Eλ关系:显然，E和Eλ之间具有如下关系：dEE0黑体一般采用下标b表示，如黑体的辐射力为Eb，黑体的单色(或光谱)辐射力为Ebλ第七章热辐射基本定律及物体的辐射特性103.黑体辐射的三个基本定律及相关性质1)(512TcbecE式中，λ—波长，m；T—黑体温度，K；c1—第一辐射常数，3.742×10-16W·m2；c2—第二辐射常数，1.4388×10-2WK；(1)普朗克定律(第一个定律)：图7-6是根据上式描绘的黑体单色辐射力随波长和温度的依变关系。λm与T的关系由维恩（Wien）定律给出，2897mTmK图7-6Planck定律的图示2/()Wmm第七章热辐射基本定律及物体的辐射特性11(2)斯忒藩-珀耳兹曼（Stefan-Boltzmann）定律(第二个定律)：25041()01cbbTcEddeET式中，σ=5.67×10-8W/(m2K4)，是Stefan-Boltzmann常数。40240()1005.67/(),.bTECCWmK黑体辐射系数又称为四次方定律.2/Wm第七章热辐射基本定律及物体的辐射特性121)(512TcbecE第七章热辐射基本定律及物体的辐射特性13图7-8立体角定义图定义：球面面积除以球半径的平方称为立体角，单位：sr(球面度)，如图7-8和7-9所示（半球的立体角为2π）ddsindd2rAc(3)立体角第七章热辐射基本定律及物体的辐射特性14图7-9计算微元立体角的几何关系第七章热辐射基本定律及物体的辐射特性15定义：单位时间内，物体在单位面积上，在单位立体角内发射的一切波长的能量。(4)定向辐射力EθdQ()ddEA2EEd2/()Wmsr第七章热辐射基本定律及物体的辐射特性16定义：单位时间内，物体在垂直发射方向的单位面积上，在单位立体角内发射的一切波长的能量，参见图7-10。d()()dcodsQLA(5)定向辐射强度L(,)：图7-10定向辐射强度的定义图(6)兰贝特（Lambert）定律(黑体辐射的第三个基本定律)dQ()cosddELA它说明黑体的定向辐射力随天顶角呈余弦规律变化，见图7-11，因此，Lambert定律也称为余弦定律。2/()Wmsr黑体的定向辐射强度与方向无关。第七章热辐射基本定律及物体的辐射特性17图7-...