第2讲-热辐射-三辐射系数课件

1-3 热辐射的一般概念一、热传递的三种方式：传导、对流和辐射。（1）传导热从物体温度较高的部分沿着物体传到温度较低的部分，叫做传导。热传导是固体中热传递的主要方式。在气体或液体中，热传导过程往往和对流同时发生。各种物质都能够传导热，但是不同物质的传热本领不同。善于传热的物质叫做热的良导体，不善于传热的物质叫做热的不良导体。各种金属都是热的良导体，其中最善于传热的是银，其次是铜和铝。瓷、纸、木头、玻璃、皮革都是热的不良导体。最不善于传热的是羊毛、羽毛、毛皮、棉花、石棉、软木和其他松软的物质。液体中，除了水银以外，都不善于传热，气体比液体更不善于传热。1-3 热辐射的一般概念一、热传递的三种方式：传导、对流和1 （2）对流靠液体或气体的流动来传热的方式叫做对流。对流是液体和气体中热传递的主要方式，气体的对流现象比液体更明显。（3）物体的温度在高于绝对零度时向外界发出辐射（电磁波），这种辐射称为热辐射。用辐射方式传递热，不需要任何介质，因此，辐射可以在真空中进行。地球上得到太阳的热，就是太阳通过辐射的方式传来的。一般情况下，热传递的三种方式往往是同时进行的。（2）对流靠液体或气体的流动来传热的方式叫做对流。2一切温度高于绝对零度的物体都能产生热辐射，温度愈高，辐射出的总能量就愈大，短波成分也愈多。热辐射的光谱是连续谱，波长覆盖范围理论上可从0直至，一般的热辐射主要靠波长较长的可见光和红外线。由于电磁波的传播无需任何介质，所以热辐射是在真空中唯一的传热方式。人体表面的热辐射波长在2.5-15um范围，峰值波长约在 9.3um处。一切温度高于绝对零度的物体都能产生热辐射，温度愈高，辐射出的3温度较低时，主要以不可见的红外光进行辐射，当温度为温度较低时，主要以不可见的红外光进行辐射，当温度为300摄氏度时热辐射中最强的波长在红外区。当物体的温摄氏度时热辐射中最强的波长在红外区。当物体的温度在度在500度以上至度以上至800度时，热辐射中最强的波长成分在可度时，热辐射中最强的波长成分在可见光区。见光区。关于热辐射关于热辐射,其重要规律有其重要规律有4个：基尔霍夫辐射定律，普朗个：基尔霍夫辐射定律，普朗克辐射分布定律，斯蒂藩克辐射分布定律，斯蒂藩-玻耳兹曼定律，维恩位移定律。玻耳兹曼定律，维恩位移定律。温度较低时，主要以不可见的红外光进行辐射，当温度为300摄氏4第2讲-热辐射-三辐射系数课件5第2讲-热辐射-三辐射系数课件6第2讲-热辐射-三辐射系数课件7第2讲-热辐射-三辐射系数课件8第2讲-热辐射-三辐射系数课件9第2讲-热辐射-三辐射系数课件第2讲-热辐射-三辐射系数课件11第2讲-热辐射-三辐射系数课件12第2讲-热辐射-三辐射系数课件13第2讲-热辐射-三辐射系数课件14第2讲-热辐射-三辐射系数课件15明视觉的响应明视觉的响应峰值在峰值在555nm，暗视觉的响，暗视觉的响应峰值在应峰值在500nm左右，左右，曲线整体向短曲线整体向短波长方向移动。波长方向移动。明视觉的响应峰值在555nm，暗视觉的响应峰值在500nm左第2讲-热辐射-三辐射系数课件17第2讲-热辐射-三辐射系数课件18物体在向外辐射的同时，还吸收从其他物体辐射来的能量。物体在向外辐射的同时，还吸收从其他物体辐射来的能量。物体辐射或吸收的能量与它的物体辐射或吸收的能量与它的温度温度、表面积表面积、黑度黑度等因素有等因素有关。但是，在关。但是，在热平衡热平衡状态下，辐射体的光谱辐射出射度（见状态下，辐射体的光谱辐射出射度（见辐射度学和光度学）辐射度学和光度学）r r（，T T）与其光谱吸收比）与其光谱吸收比a a（，T T）的比值则只是辐射波长和温度的函数，而与辐射体本身性质的比值则只是辐射波长和温度的函数，而与辐射体本身性质无关，即上述规律称为无关，即上述规律称为基尔霍夫辐射定律基尔霍夫辐射定律，由，由德国德国物理学家物理学家G.R.G.R.基尔霍夫于基尔霍夫于18591859年建立。式中吸收比年建立。式中吸收比a a 的定义是：被物的定义是：被物体吸收的单位波长间隔内的辐射通量与入射到该物体的辐射体吸收的单位波长间隔内的辐射通量与入射到该物体的辐射通量之比。该定律表明，热辐射辐出度大的物体其吸收比也通量之比。该定律表明，热辐射辐出度大的物体其吸收比也大，反之亦然。大，反之亦然。物体在向外辐射的同时，还吸收从其他物体辐射来的能量。物体辐射19黑体是一种特殊的辐射体，它对所有波长电磁辐黑体是一种特殊的辐射体，它对所有波长电磁辐射的吸收比恒为射的吸收比恒为1 1。黑体在自然条件下并不存在，。黑体在自然条件下并不存在，它只是一种理想化模型，但可用人工制作接近于它只是一种理想化模型，但可用人工制作接近于黑体的模拟物。即在一封闭空腔壁上开一小孔，黑体的模拟物。即在一封闭空腔壁上开一小孔，任何波长的光穿过小孔进入空腔后，在空腔内壁任何波长的光穿过小孔进入空腔后，在空腔内壁反复反射，重新从小孔穿出的机会极小，即使有反复反射，重新从小孔穿出的机会极小，即使有机会从小孔穿出，由于经历了多次反射而损失了机会从小孔穿出，由于经历了多次反射而损失了大部分能量大部分能量 。对空腔外的观察者而言，小孔对任。对空腔外的观察者而言，小孔对任何波长电磁辐射的吸收比都接近于何波长电磁辐射的吸收比都接近于1 1，故可看作是，故可看作是黑体。将基尔霍夫辐射定律应用于黑体，有黑体。将基尔霍夫辐射定律应用于黑体，有 可见，基尔霍夫辐射定律中的函数可见，基尔霍夫辐射定律中的函数f f(，T)T)即黑即黑体的光谱辐射出射度。体的光谱辐射出射度。黑体是一种特殊的辐射体，它对所有波长电磁辐射的吸收比恒为1。20人体表面的热辐射波长在人体表面的热辐射波长在2.5-15um2.5-15um范围，范围，峰值波长约在峰值波长约在 9.3um9.3um处，其中处，其中8-14um8-14um波段波段的辐射约占人体总辐射能量的辐射约占人体总辐射能量46%46%。根据基尔霍夫定律可知，人体同时又是良根据基尔霍夫定律可知，人体同时又是良好的红外吸收体，吸收波长以好的红外吸收体，吸收波长以8-14um8-14um为主，为主，红外辐射吸收的机理是光谱匹配共振吸收，红外辐射吸收的机理是光谱匹配共振吸收，即当辐射源的辐射波长与被辐射物的吸收即当辐射源的辐射波长与被辐射物的吸收波长相一致时，该物体就吸收大量的红外波长相一致时，该物体就吸收大量的红外辐射。辐射。人体表面的热辐射波长在2.5-15um范围，峰值波长约在 9211-5 自发辐射、受激吸收和受激辐射1-5 自发辐射、受激吸收和受激辐射22第2讲-热辐射-三辐射系数课件23第2讲-热辐射-三辐射系数课件24第2讲-热辐射-三辐射系数课件25第2讲-热辐射-三辐射系数课件26第2讲-热辐射-三辐射系数课件27第2讲-热辐射-三辐射系数课件28第2讲-热辐射-三辐射系数课件29第2讲-热辐射-三辐射系数课件30第2讲-热辐射-三辐射系数课件31第2讲-热辐射-三辐射系数课件32第2讲-热辐射-三辐射系数课件33第2讲-热辐射-三辐射系数课件34第2讲-热辐射-三辐射系数课件35第2讲-热辐射-三辐射系数课件36第2讲-热辐射-三辐射系数课件37