射的基本概念 2 着重掌握热辐射的基本定律本章难点：热辐

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第八章 热辐射基本定律和辐射特性本章要点：1. 着重掌握热辐射的基本概念 2. 着重掌握热辐射的基本定律 本章难点：热辐射的基本概念和基本定律的理解和消化 本章主要内容： 第一节 热辐射现象的基本概念

第二节 第三节 第四节 第五节

黑体热辐射的基本定律 固体和液体的辐射特性 实际物体对辐射能的吸收与辐射的关系 太阳与环境辐射

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我们知道，作为热量传递的一种重要方式--热辐射在过程的机理上与导热、对流换热是根本 不同的。在导热与对流换热部分，我们研究的是 由于物体的宏现运动和微观粒子的热运动所造成 的能量转移，而在热辐射中我们所关心的是由于 物质的电磁运动所引起的热能的传递，因而其研 究方法与思路都与手段及外流换热部分的讨论有 很大的区别.

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§8-1 热辐射现象的基本概念1. 热辐射特点及辐射换热的本质

(1) 定义：由于热的原因而产生的电磁波辐射称为热辐射。热辐射的电磁波是物体内部微观粒子的热运动状态改变时 激发出来的。

(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,本质:(不 必借助于介质)热能---辐射能---热能；c 物体的绝对温 度T越高，则辐射能力就越强。d 有实际意义的热射线波 长在0.1---100μm

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2. 电磁波谱电磁辐射包含了多种形式，如图8-1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

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电

磁

辐

射

波

谱

图8-1

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辐射换热是指物体之间相互辐射和换热的总效果。当 物体与环境处于热平衡时，其表面上的热辐射仍在不停进 行，但其辐射换热量等于零。

微波炉是利用远红外线来加热物体的。远红外线可以 穿透塑料、玻璃及陶瓷制品，但却会被像水那样具有极性 分子的物体吸收，在物体内部产生内热源，从而使物体比 较均匀地得到加热。各类食品中的主要成分是水，因而远 红外线加热是一种比较理想的加热手段。

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3. 物体对热辐射的吸收、反射和穿透当热辐射的能量投射到物体表面上时，和可见光一样， 也发生吸收、反射和穿透现象。如图在外界投射到物体表 Q Q 面上的总能量Q中，一部分 被物体吸收，另一部分 被 Q 物体反射，其余部分 穿透过物体。按照能量守恒定律有 如图8-2所示。

Q Q Q Q

Q Q Q 1 Q Q Q 1

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图8.2

物体对热辐射的吸收反射和穿透

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可以认为固体和液体不允许热辐射穿透， 于是

=0 ,对

于固体和液体，上式简化为 1 。辐

射能投射到气体上时，情况与投射到固体或液体上不同。

气体对辐射能几乎没有反射能力，可认为反射比即

=0 ,

1黑体

。

1

白体

1

透明体 1

(先解决黑体的辐射问题，因为 1 简单，再将实际物体与黑体进行比 较后修正，最后来解决实际问题。)

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反射又分镜反射和漫反射两种当表面的不平整尺寸大于投入辐射的波长时，形成漫反射。 一般工程材料的表面都形成漫反射。

图8-3 镜反射

图8-4 漫反射

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黑体概念：黑体：是指能吸收投入到 其面上的所有热辐射能的 物体，是一种科学假想的 物体，现实生活中是不存

在的。但却可以人工制造出近似的人工黑体。图8-5 黑体模型

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§8-2 黑体热辐射的基本定律1. 热辐射能量的表示方法辐射力E:单位时间内，物体的单位表面积向半球空间发 射的所有波长的能量总和。 (W/m2);

光谱辐射力Eλ:特定波长：单色辐射力单位时间内，单位波长范围内(包含某一给定 波长),物体的单位表面积向半球空间发射的 能量。 (W/m3);

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E、Eλ关系:显然， E和Eλ之间具有如下关系：

E

0

E d

黑体一般采用下标b表示，如黑体的辐射力为Eb,黑体的光谱辐射力为Ebλ

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2. 黑体辐射的三个基本定律及相关性质(1)Planck普朗克定律(第一个定律):

Eb

c1 ec2

5

( T )

1

式中，λ— 波长，m ;

T — 黑体温度，K ;

c1 — 第一辐射常数，3.742×10-16 W m2; c2 — 第二辐射常数，1.4388×10-2 W K;

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分析：根据量子理论而得到的普朗克 定律它揭示了黑体辐射能按照 波长的分布规律或者说它给出 了黑体光谱辐射力与波长和温 度的依变关系，即 Eb 的具体函数形式 Eb f ( , T ) 。右图所示就是按普朗克定 律描绘出的不同温度下黑体的 光谱辐射力随波长的变化情况。

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图8-6 Planck 定律的图示