(中山大学GIS考研课件)2电磁辐射.docVIP

电磁辐射与热辐射 一、电磁辐射 电磁辐射原理：根据电磁学基本理论，带电粒子周围会有相应的电场分布，随时间的变化带电粒子会产生变化的电场；由于带电粒子周围电位不同的两点之间存在电位差，因此在两点间形成了电压；当大量带电粒子定向移动形成电流，电流周围产生磁场，随时间变化的电流则会产生变化的磁场。同样，随时间变化的磁场也会产生电场，这样变化的磁场和电场交替产生，互相垂直并不断向空中传播，就产生额电磁辐射。 电磁辐射：是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动，其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面，有效的传递能量和动量。 电磁辐射可以按照频率分类，从低频率到高频率，包括有无线电波、微波、红外线、可见光、紫外光、X-射线和伽马射线等等。 只要是本身温度大于绝对零度的物体，都可以发射电磁辐射，而世界上并不存在温度等于或低于绝对零度的物体。因此，人们周边所有的物体时刻都在进行电磁辐射。尽管如此，只有处于可见光频域以内的电磁波，才是可以被人们看到的。电磁波不需要依靠介质传播，各种电磁波在真空中速率固定，速度为光速。 二、热辐射 热辐射：电子云相互碰撞，造成低能级的轨道跃迁，放出光子，物体温度下降。 热辐射：自然界中一切物体。当温度高于绝对零度（-273℃）时，都会不断向四周空间辐射电磁波，这种现象称为热辐射。 热辐射能量的大小及波长分布取决于物体本身的温度。 吸收系数：物体吸收能量与入射总能量之比。 绝对黑体：任何温度、频率和波长条件下吸收系数恒等于1 的物体称为“绝对黑体”，简称黑体。 对于黑体，有： 显然，黑体的反射率和透射率均为0： 灰体：各波长吸收率近似为一小于1的常数的物体 1、普朗克公式： 绝对黑体在波长为，绝对温度为T时的辐射通量密度为 式中：C—3 ′ 1010 cm /秒，光速；h—6.6256′10-34瓦.秒2，普适恒量；K—1.38 ′ 10-23瓦.秒.K-,玻尔兹曼常数；l—波长；T—绝对温度; 普朗克量子假说 物体中分子、原子等的振动可视作带电的线性谐振子。这些谐振子只能存在于一些分离的状态中 这些分离的状态???对应的能量是不连续的，其相应的参量是某一最小能量的整数倍。 辐射或吸收参量时，振子从这些状中之一跃迁到另一个状态。 所以能量是不连续的，存在着最小单元（能量子hv)物体发射或吸收能量必须是小单元的整数倍，且是一份一份不连续的方式进行的。 2、史蒂芬—玻尔兹曼公式 对普朗克公积分得： 式中：E0(T) —绝对温度时，黑体单位时间和单位面积上发出的总辐射能; s=（5.6697 ,为史蒂芬—玻尔兹曼常数;T—绝对温度. 上式可见：绝对黑体表面上，单位面积发出的总辐射能与绝对温度的四次方成正比，对于一般物体可用上式概略推算出总辐射能与绝对温度的关系 3、维思位移定律 对普朗克公式对 微分后求极大植，即得出黑体后最大辐射能的波长（ lm ）与其对应绝对温度（T）的关系式为: 上式说明：黑体的绝对温度增高时，它辐射能最大的波段向短波方向移动。据此可对特定的目标选择红外遥感的最佳波段。 基尔霍夫定律 基尔霍夫发现：任何物体在任一给定的温度和波长条件下，它的辐射通量密度和吸收系数之比是一个常数，并且等于同一温度波长下，绝对黑体的辐射通量密度。 一个好的吸收体也是一个好的发射体。 温度相同的两物体，对于某波长的的辐射，如果甲比乙吸收得多，则甲比乙发射得也多 物体不吸收某波长的辐射，也就不发射该波长的辐射 一般物体的热辐射出射度小于同温度的绝对黑体的辐射出射度 定义物体的辐射能力与黑体辐射能力之比为物体的比辐射率或发射率， 即： 故有： 即物体的吸收率就是它的比发射率 太阳辐射源 （一）太阳 是地球环境中，最强大天然电磁辐射源 ，是当前航天、航空可见光及近红外遥感的主要辐射源。 是一个表面温度约5900K的炽热发光球体。 太阳是地球上除核能外一切有用能量的源泉 地球距太阳1.5亿KM，太阳辐射能经500 秒方到达地球，地球反接收太阳辐射能约二十二亿分之一。 太阳辐射是一种十分复杂的连续电波光谱，从波长10-4或更短的X射线延伸到大于100m的无线电波，但辐射能主要集中在0.31-5.6um波段内。 （二）太阳辐射与太阳光谱 1 太阳电磁辐射强度 用太阳常数表示。 太阳常数： 日地距离等于地球平均半径时，指大气层顶部平均日—地距离处，垂直于太阳入射光线的单位面积上，单位时间内接收到的太阳辐射的总能量. 太阳常数=135.3毫瓦/厘米2=1352w/m2 2、太阳辐射 太阳发射的电磁辐射在地球大气顶层随波长的分布称为太阳光谱。 极大值位于0.47μm，维恩位移定律λmaxT=2.8