第6章-热辐射的基本定律PPT资料.ppt

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辐射：

辐射体内热能辐射：

辐射体内热能辐射能；

辐射能；

吸收：

辐射能吸收：

辐射能受射体内热能受射体内热能只只要要温温度度大大于于零零就就有有能能量量辐辐射射。

不不仅仅高高温温物物体体向向低低温温物体辐射热能，而且低温物体向高温物体辐射热能。

物体辐射热能，而且低温物体向高温物体辐射热能。

物体的辐射能力与其温度性质有关，与绝对温度的四物体的辐射能力与其温度性质有关，与绝对温度的四次方成正比。

次方成正比。

6.1.26.1.2从电磁波的角度描述热辐射的特性从电磁波的角度描述热辐射的特性电磁波的传播速度：

电磁波的传播速度：

C=fC=f式中：

式中：

ff频率，频率，ss-1-1;

波长，波长，mm11、传播速率与波长、频率间的关系、传播速率与波长、频率间的关系22、电磁波的波谱、电磁波的波谱热辐射热辐射：

0.10.1100100mm，包括可见光线、部分紫外，包括可见光线、部分紫外线和红外线线和红外线00.38.38图图8-18-1电电磁磁辐辐射射波波谱谱00.76.76红外辐射的应用红外辐射的应用以波长以波长2525mm为界，分为近红外线和远红外线为界，分为近红外线和远红外线远红外线加热技术的应用远红外线加热技术的应用微波：

微波：

1mm1mm11mm11mm的电磁波广泛应用于无线电技术中。

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。

分被物体吸收，部分被反射，其余则透过物体。

3.3.物体表面对电磁波的作用物体表面对电磁波的作用物体对热辐射的吸收反射和穿透物体对热辐射的吸收反射和穿透（11）吸收比、反射比和穿透比之间的一般关系）吸收比、反射比和穿透比之间的一般关系吸收率吸收率反射率反射率穿透率穿透率对于对于大多数的固体和液体大多数的固体和液体：

对于对于不含颗粒的气体不含颗粒的气体：

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。

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。

况无关紧要。

（22）固体表面的两种反射）固体表面的两种反射镜面反射：

入射角镜面反射：

入射角=反射角，表面粗糙度反射角，表面粗糙度波长波长一般工程材料均形成漫反射。

一般工程材料均形成漫反射。

图图7-47-4漫反射漫反射图图7-37-3镜反射镜反射为研究辐射特性可提出以下理想辐射模型：

为研究辐射特性可提出以下理想辐射模型：

黑黑体：

体：

A=1R=0D=0A=1R=0D=0；

白白体：

A=0R=1D=0A=0R=1D=0；

透明体透明体:

A=0R=0D=1:

A=0R=0D=1自然界和工程应用中，完全符合理想要求的黑体、白体自然界和工程应用中，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，煤炭的吸收比达到的。

例如，煤炭的吸收比达到0.960.96，磨光的金子反射比，磨光的金子反射比几乎等于几乎等于0.980.98，而常温下空气对热射线呈现透明的性质。

，而常温下空气对热射线呈现透明的性质。

7.1.37.1.3黑体模型及其重要性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，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，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。

小孔非常接近黑体的性质。

黑体具有最大的吸收力黑体具有最大的吸收力（A=1）（A=1），同时亦具，同时亦具有最大的辐射力有最大的辐射力（=1）（=1）。

在实际物体中。

在实际物体中不存在绝对黑体，为此引出人工黑体，不存在绝对黑体，为此引出人工黑体，如图所示。

如图所示。

热辐射能量的表示方法热辐射能量的表示方法6.26.2黑体热辐射的基本定律黑体热辐射的基本定律单色输出度（辐射力）单色输出度（辐射力）EE：

单位时间内单位表面积向其上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的半球空间的所有方向辐射出去的包含波长在内的单位在内的单位波长内的能量称为单色输出度波长内的能量称为单色输出度（辐射力）辐射力）（W/m（W/m22m）m）。

输出度（辐射力）输出度（辐射力）EE：

单位时间内，物体的单位表面积向单位时间内，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半球空间发射的所有波长的能量总和（W/m（W/m22）。

从总体上表征物体发射辐射能本领的大小。

EE、EE关系关系:

显然，显然，EE和和EE之间具有如下关系之间具有如下关系：

黑体一般采用下标黑体一般采用下标bb表示，如黑体的输出度（辐射力）为表示，如黑体的输出度（辐射力）为EEbb，黑体的单色输出度（辐射力）为，黑体的单色输出度（辐射力）为EEbb式中，式中，波长，波长，mm；

TT黑体温度，黑体温度，KK；

cc11第一辐射常数，第一辐射常数，3.7419103.741910-16-16WWmm22；

cc22第二辐射常数，第二辐射常数，1.4388101.438810-2-2WWKK；

6.2.16.2.1普朗克定律普朗克定律（19001900年）年）描述了黑体单色辐射力随波长及温度的变化规律。

描述了黑体单色辐射力随波长及温度的变化规律。

PlanckPlanck定律的图示定律的图示黑体单色辐射力随波长和温度的依变关系黑体单色辐射力随波长和温度的依变关系mm与与TT的关系由的关系由WienWien位移定律给出：

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朗克定律对求导并使其等于零得到。

求导并使其等于零得到。

维恩维恩WienWien位移定律位移定律（18931893热力学理论得出）热力学理论得出）

【解解】应用应用WienWien位移定律位移定律T=2000KT=2000K时时maxmax=2.9=2.91010-3-3/2000=1.45/2000=1.45mmT=5800KT=5800K时时maxmax=2.9=2.91010-3-3/5800=0.50/5800=0.50mm常见物体最大辐射力对应的波长在红外线区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太阳辐射最大辐射力对应的波长在可见光区【例例】试分别计算温度为试分别计算温度为2000K2000K和和5800K5800K的黑体的黑体的最大光谱辐射力所对应的波长。

的最大光谱辐射力所对应的波长。

7.2.27.2.2Stefan-BoltzmannStefan-Boltzmann定律定律式中，式中，=5.6710=5.6710-8-8w/（mw/（m22KK44），Stefan-BoltzmannStefan-Boltzmann常数。

常数。

cc005.67w/（m5.67w/（m22KK44），黑体辐射系数，黑体辐射系数描述了描述了黑体辐射力黑体辐射力随表面温度的变化规律。

随表面温度的变化规律。

18791879年年StefanStefan实实验验，18841884年年BoltzmanBoltzman热热力力学学理理论论得得出出；

将将PlankPlanksLawsLaw积分即得。

积分即得。

普朗克定律与普朗克定律与Stefan-BoltzmannStefan-Boltzmann定律的关系定律的关系在在实实际际中中，有有时时需需求求出出某某一一特特定定波波长长的的辐辐射射能能量量。

如如图图中中的的在在11和和22之之间间的的线线下下面面积积。

黑黑体体在在波波长长11和和22区区段段内内所所发发射射的的辐射力辐射力：

特定波长区段内的黑体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按波段的分布黑体辐射函数黑体辐射函数通常把波段区间的辐射能表示为同温通常把波段区间的辐射能表示为同温度下黑体辐射力（度下黑体辐射力（从从00到到的整个波的整个波谱的辐射能）的百分数，记作谱的辐射能）的百分数，记作。

黑体辐射函数黑体辐射函数【例例】试求温度为试求温度为3000K3000K和和6000K6000K时的黑体辐射中可见光所占时的黑体辐射中可见光所占的份额。

的份额。

FFbb（11-22）=F）=Fbb（0-（0-22）-F）-Fbb（0-（0-11）=11.5%-.14%=11.36%）=11.5%-.14%=11.36%。

同同样样的的做做法法可可以以得得出出6000K6000K的的黑黑体体在在可可见见光光范范围围所所占占的的份份额为额为FFbb（11-22）=F）=Fbb（0-（0-22）-F）-Fbb（0-（0-11）=57.0%-11.5%=45.5%）=57.0%-11.5%=45.5%。

【解解】：

可可见见光光的的波波长长范范围围是是从从0.380.38到到0.760.76，对对于于3000K3000K的的黑黑体体其其TT值值分分别别为为11401140和和22802280。

可可从从查查表表8811得得FFbb（0-（0-11）和和FFbb（0-（0-22）分分别别为为0.14%0.14%和和11.5%11.5%。

于于是是可可见见光光所占份额为所占份额为定定义义：

立立体体角角为为一一空空间间角角，即即被被立立体体角角所所切切割割的的球球面面面面积积除除以以球球半半径径的的平平方方称称为为立立体体角角，单单位位：

sr（sr（球球面面度度）。

11、立体角、立体角7.3.37.3.3兰贝特兰贝特LambertLambert定律定律定义：

定义：

单位可见面积发射出单位可见面积发射出去的落在空间任意方向的单去的落在空间任意方向的单位立体角中的能量。

位立体角中的能量。

22定向辐射强度定向辐射强度II可可见见面面积积：

在在不不同同方方向向上上所所能能看看到到的的辐辐射射面面积积是是不不一一样样的的。

微微元元辐辐射射面面dAdA位位于于球球心心地地面面上上，在在任任意意方方向向pp看看到到的的辐辐射面积不是射面积不是dAdA，而是，而是dAcosdAcos。

黑体辐射的定向辐射强度与方向无关。

11、定向辐射力定向辐射力EE：

单位时间内物体：

单位时间内物体单位表面积向半球空间某单位表面积向半球空间某一方向一方向发射出去的落在该方向的单位立体角中的能量。

发