邱静怡 大气物理 全套课件 第五章-2节-辐射的基本定律.pptVIP

第五章 第二节 基本定律 基尔霍夫定律 普朗克定律 斯蒂芬-波尔兹曼定律 韦恩位移定律 历史的发展 1901 年 普朗克定律 一、基尔霍夫定律 在热平衡状态下，任何物体在一定的波长 λ、一定温度 T 时的辐出度F(λ,T)与吸收率a(λ,T) 成正比关系，二者比值只是λ和 T 的函数，与物体的性质无关，且等于绝对黑体在 λ 和 T 时的辐出度 ，即 。 已知某温度下黑体的辐射, 又知道所研究物体的吸收率, 可得该物体放射的辐射: 二、 普朗克定律 （Planck law） 各种温度下黑体辐射光谱 三、斯蒂芬-波尔兹曼定律 1、根据物体温度估计积分辐射通量密度： 300K 物体的积分辐射通量密度 四、韦恩位移定律 颜色温度（色温）： 用光谱方法测定光谱辐射峰值波长，再由位移定律导出物体的温度，即色温。 1. 太阳辐射特点 0.25μm的太阳辐射, 主要来自非热平衡辐射? 2. 地球辐射特点 3. 入射到地球大气上界的太阳辐射与  地球辐射的谱辐照度比较 近红外 0.77-3 μm * 黑体辐射定律 黑体与非黑体辐射间的联系 Kirchhoff 定律和黑体辐射定律的成立条件:热力学平衡态，即系统内温度、密度、动量均匀,辐射各向同性. 60公里以下大气层,某段时间内，某有限体积元，可认为有确定的温度，近似满足热力学平衡条件，称局地热力学平衡. 此时能量跃迁由分子碰撞决定。 1859 年 基尔霍夫定律 1893 年 韦恩位移定律 1879 年 1884 年 斯蒂芬-波尔兹曼定律 斯蒂芬 波尔兹曼 相关概念 放射率ε（比辐射率,黑度）： 物体的辐射通量密度与同温度下黑体的辐射通量密度之比。 （对单色或全波段都可用。） 吸收率 a（吸收系数）: 物体吸收的辐射能与投射到该物体上的辐射能之比。 （和物体的性质、波长、温度有关。） 黑体：吸收率为1的物体称为绝对黑体。 灰体：物体的吸收不随波长而变 (单色吸收率与波长无关) ,且吸收率小于1的物体称为灰体。 反射率 r: 物体反射的辐射能与投射到该物体上的辐射能之比。 （和物体的性质、波长、温度有关。） 相关概念 (Kirchhoff law) 另外： 比辐射率定义，得： 基尔霍夫定律的另一种表述方式,两种说法是等价的 基尔霍夫“实验”(1859年) 与外界绝热系统，真空，左边为黑体，右边为灰体，达到辐射平衡（吸收辐射等于放出辐射，温度不再变化），温度相等。 黑体板放射能量为E* ，灰体板放射能量为εE*，灰体板吸收能量为aE *。 T T 黑体 灰体 ？ 对不同波长的辐射,分别有： 黑体板的辐射平衡关系： 灰体板的辐射平衡关系： 应用: h:普朗克常数， k:波尔兹曼常数， c:光速，T:温度，λ:波长。 黑体的分光辐出度： 黑体辐射率随温度和波长的分布函数, 即黑体的单色(或分光)辐射率： 因为黑体都是朗白源. 可看出 微米 1.E7 瓦/平方米/微米/球面度 微米 瓦/平方米/微米/球面度 接近于太阳温度 接近于地球和大气温度 理论上，任何温度的绝对黑体放射所有波段的电磁辐射，但温度不同，辐射能量集中的波段不同。 当温度升高时，各波段放射的能量加大，积分辐射能力也增大，且能量集中的波段向短波方向移动。 每一温度下，都有辐射最强的波长 。而且随温度升高, 变小. 一个概念：亮度温度 根据测得的物体发射的某波长的辐射率，由Planck定律估计出的物体的温度，称为亮度温度。 亮度温度通常低于物体的实际温度 求亮度温度是卫星反演大气温度的重要手段 很重要 （Stephen-Boltzman law） 黑体的积分辐射通量密度与温度的四次方成正比 （Stephen-Boltzman 常数） 459W·m-2 2、有效温度: a. 物体是黑体, 有效温度=实际温度. b. 物体不是黑体,有效温度实际温度. 根据积分辐照度的观测值计算发射体的温度,得到 的温度为发射体的有效温度. 烧一壶开水需多少能量? （Wien displacement law） 温度越高，最大单色辐射率所对应的波长越小。 黑体辐射光谱的极大值对应的波长与温度成 反比 （可由 Planck 定律导出 ) T=300K, T=6000K, 紫外：0.17-0.39μm, 占总辐射的8% 可见光：0.4-0.76 μm, 占总辐射的4