章熙民习题第八章-1011.docVIP

第八章 热辐射的基本定律 基本要求 热辐射的基本概念。 热辐射的基本定律。 准确计算不同波段下的辐射力。 解影响实际物体表面辐射特性的因素。内容提要 一、基本概念 1. 热辐射 辐射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，向空间发射电磁波。由于自身温度或热运动的原因而激发产生的电磁波传播，称为热辐射。 2.通常把λ=0.1～100μm范围的电磁波称热射线，它们投射到物体上能产生热效应，其中波长λ=0.38~0.76μm范围的电磁波属可见光线μm的射线是紫外线μm的射线是红外线。太阳辐射的主要能量集中在0.2～2μm的波长范围，其中可见光段占有很大比重。，称为物体的，表示投射的总能量中被吸收的能量所占份额； ，称为物体的，表示投射的总能量中被反射的能量所占份额； ，称为物体的，表示投射的总能量中透射的能量所占份额。 （8-） 如果投射能量是某一波长下的辐射，上述关系同样适用，即 （8-） 式中，(λ、(λ、(λ分别为、、穿透比。(、(、( 和(λ、(λ、(λ是物体表面的辐射特性，它们和物体的性质、温度及表面状况有关。对全波长的特性(、(、(还和投射波长分布情况有关。物体能全部吸收外来射线，即( =1，这种物体黑体。如物体能全部反射外来射线，即ρ=1，不论是镜反射或漫反射，称为白体。如物体能被外来射线全部透射，即τ =1，则称为透明体。黑体、白体、透明体都是对全波长射线而言。立体角为一空间角度，用符号ω表示，其单位为sr（球面度）。立体角的量度以立体角的角端为中心，作一半径为r的半球，将半球表面上被立体角所切割的面积A2除以半径的平方r2，即： （8-）辐射强度在某给定辐射方向上，单位时间在单位立体角内所发射全波长的能量称为辐射强度用符号I表示，单位W/m2·sr)。 9. 光谱定向辐射强度 在某给定辐射方向上，单位时间单位面积，在波长λ附近的单位波长间隔内、单位立体角内所发射的能量称，用符号Iλ表示，单位为W/m2·sr·μm)。定向辐射力某给定辐射方向上单位时间内物体单位面积、在单位立体角内所发射全波长的能量称为定向辐射力，用符号Eθ表示，单位W/m2·sr)。辐射力单位时间内物体单位向半球空间所发射全波长的总能量称为辐射力，用符号E表示，单位W/m2。单位时间内物体单位面积、在波长λ附近的单位波长间隔内，向半球空间所发射的能量称为，用符号Eλ表示，单位W/m2·μm)。给定辐射方向上单位时间内单位物体面积、单位立体角内发射在波长(附近单位波长间隔内的能量称为单色定向辐射力，用符号E((表示，单位W/m2·sr·μm)。对应的波长峰值波长λmax。黑体波段辐射力同温度下黑体辐射力Eb的，记为Fb0-λT)。漫辐射物体发射的辐射强度与方向无关漫反射反射的辐射强度与方向无关。既漫辐射又漫反射表面统称漫射表面。实际物体的辐射力与同温度黑体的辐射力之比称为该物体的发射率ε表示。根据辐射力的几种定义，可有以下不同的发射率。发射率 光谱发射率 定向发射率 光谱定向发射率 18. 灰体 假如某物体的光谱发射率ελ不随波长发生变化，即ε = ελ =常数同温度黑体辐射力随波长的变化曲线相似，灰体也是理想化的物体。二、基本定律 普朗克定律普朗克定律给出了黑体辐射力Ebλ和波长λ、热力学温度T之间的函数关系，表达为 W/·μm) （8-式中 λ—波长，μm； T—热力学温度，K； C1—普朗克第一常数，C1=3.743×108 W·μm4/m； C2—普朗克第二常数，C2=1.439×104 μm·K。 维恩位移定律黑体的峰值波长λmax与温度T的 μm·K （8-） 斯蒂芬—玻尔兹曼定律黑体的辐射力和热力学温度四次方成正比，又称四次方定律。 W/m2 （8-） 式中，σb=5.67×10(8W/m2·K4)，称为黑体辐射常数。为便于计算，上式也可写为 W/ （8-） 兰贝特定律黑体表面具有漫辐射的性质，在半球空间各个方向上的辐射强度相等，即 （8-）兰贝特定律另一表达式 （8-b） 说明黑体的定向辐射力随方向角(按余弦规律变化，法线方向的定向辐射力最大故兰贝特定律亦称余弦定律。除了黑体以外，只漫射表面遵守兰贝特定律。基尔霍夫定律和αλθ,T均为物体表面的辐射特性，它们仅取决于自身的温度， （8-） ： 对漫射表面； 对灰表面； 当与黑体辐射处于