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第七章 热辐射基本定律及物体的辐射特性 * 图7-18给出了一些材料对黑体辐射的吸收比与温度的关系。 如果投入辐射来自黑体，由于 ，则上式可变为 第七章 热辐射基本定律及物体的辐射特性 * 图7-19 物体表面对黑体辐射的吸收比与温度的关系 第七章 热辐射基本定律及物体的辐射特性 * 物体的选择性吸收特性，即对有些波长的投入辐射吸收多，而对另一些波长的辐射吸收少，在实际生产中利用的例子很多，但事情往往都具有双面性，人们在利用选择性吸收的同时，也为其伤透了脑筋，这是因为吸收比与投入辐射波长有关的特性给工程中辐射换热的计算带来巨大麻烦，对此，一般有两种处理方法，即 灰体法，即将光谱吸收比 ?(?) 等效为常数，即? = ?(?) = const。并将?(?)与波长无关的物体称为灰体，与黑体类似，它也是一种理想物体，但对于大部分工程问题来讲，灰体假设带来的误差是可以容忍的； 谱带模型法，即将所关心的连续分布的谱带区域划分为若干小区域，每个小区域被称为一个谱带，在每个谱带内应用灰体假设。 第七章 热辐射基本定律及物体的辐射特性 * 在学习了发射辐射与吸收辐射的特性之后，让我们来看一下二者之间具有什么样的联系，1859年，Kirchhoff 用热力学方法回答了这个问题，从而提出了Kirchhoff 定律。 最简单的推导是用两块无限大平板间的热力学平衡方法。如图7-20所示，板1时黑体，板2是任意物体，参数分别为Eb, T1 以及E, ?, T2，则当系统处于热平衡时，有 图7-20 平行平板间的辐射换热 第七章 热辐射基本定律及物体的辐射特性 * 此即Kirchhoff 定律的表达式之一。该式说明，在热力学平衡状态下，物体的吸收率等与它的发射率。但该式具有如下限制： 整个系统处于热平衡状态； 如物体的吸收率和发射率与温度有关，则二者只有处于同一温度下的值才能相等； 投射辐射源必须是同温度下的黑体。 为了将Kirchhoff 定律推向实际的工程应用，人们考察、推导了多种适用条件，形成了该定律不同层次上的表达式，见表7-2。 第七章 热辐射基本定律及物体的辐射特性 * 层 次 数学表达式 成立条件 光谱，定向 光谱，半球 全波段，半球 无条件，?为天顶角 漫射表面 与黑体处于热平衡或对漫灰表面 表7-2 Kirchhoff 定律的不同表达式 注： 漫射表面：指发射或反射的定向辐射强度与空间方向无关，即符合Lambert定律的物体表面； 灰体：指光谱吸收比与波长无关的物体，其发射和吸收辐射与黑体在形式上完全一样，只是减小了一个相同的比例。 第七章 热辐射基本定律及物体的辐射特性 * 思考题： 1.什么是黑体, 灰体? 实际物体在什么样的条件下可以看成是灰体? 2.光谱辐射力,辐射力和定向辐射强度的物理意义. 它们之间有什么关系? 3.物体的发射率, 吸收率, 反射率, 穿透率是怎样定义的? 发射率和反射率有何不同? 4.工业上有实际意义的热辐射波长范围. 近红外, 远红外辐射概念. 5.漫射表面的概念. 6.物体的发射率取决于物体本身, 而不涉及外部条件. 因此, 发射率可看成是物性. 但是吸收率与外界条件有关. 为什么对于灰体,吸收率也可看成是物性, 并等于发射率? 第七章 热辐射基本定律及物体的辐射特性 * 7.维恩位移定律的表达式. 试考虑一下它在自然科学 及工程应用中的作用. 8.四个黑体辐射基本定律的物理意义及计算应用. 第七章 热辐射基本定律及物体的辐射特性 * 作业： 7-3，7-7，7-8，7-17，7-19，7-23，7-26 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 第七章 热辐射基本定律及物体的辐射特性 * §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，以电磁波形式传递的能量； (2) 特点：a 任何物体，只要温度高于0 K，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 * 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 * 当热辐射投射到物体表面上时，一般会发生三种