热辐射的介绍

2016/8/25 13:37:29

热辐射，是物体由于具有温度而辐射电磁波的现象。是一种物体用电磁辐射的形式把热能向外散发的热传方式。它不依赖任何外界条件而进行。它是热的三种主要传导方式之一。

热辐射，thermal radiation ，物体由于具有温度而辐射电磁波的现象。热量传递的3种方式之一。一切温度高于绝对零度的物体都能产生热辐射，温度愈高，辐射出的总能量就愈大，短波成分也愈多。热辐射的光谱是连续谱，波长覆盖范围理论上可从0直至∞，一般的热辐射主要靠波长较长的可见光和红外线传播。由于电磁波的传播无需任何介质，所以热辐射是在真空中唯一的传热方式。

分布

温度较低时热辐射
热辐射
，主要以不可见的红外光进行辐射，当温度为300℃时热辐射中最强的波长在红外区。当物体的温度在500℃以上至800℃时，热辐射中最强的波长成分在可见光区。

关于热辐射，其重要规律有4个:基尔霍夫辐射定律、普朗克辐射分布定律、斯蒂藩-玻耳兹曼定律、维恩位移定律。这4 个定律，有时统称为热辐射定律。

物体在向外辐射的同时，还吸收从其他物体辐射来的能量。物体辐射或吸收的能量与它的温度、表面积、黑度等因素有关。但是，在热平衡状态下，辐射体的光谱辐射出射度(见辐射度学和光度学)r(λ，T)与其光谱吸收比a(λ，T)的比值则只是辐射波长和温度的函数，而与辐射体本身性质无关。

上述规律称为基尔霍夫辐射定律，由德国物理学家G.R.基尔霍夫于1859年建立。式中吸收比a 的定义是:被物体吸收的单位波长间隔内的辐射通量与入射到该物体的辐射通量之比。该定律表明，热辐射辐出度大的物体其吸收比也大，反之亦然。

黑体是一种特殊的辐射体，它对所有波长电磁辐射的吸收比恒为1。黑体在自然条件下并不存在，它只是一种理想化模型，但可用人工制作接近于黑体的模拟物。即在一封闭空腔壁上开一小孔，任何波长的光穿过小孔进入空腔后，在空腔内壁反复反射，重新从小孔穿出的机会极小，即使有机会从小孔穿出，由于经历了多次反射而损失了大部分能量 。对空腔外的观察者而言，小孔对任何波长电磁辐射的吸收比都接近于1，故可看作是黑体。将基尔霍夫辐射定律应用于黑体，由此可见，基尔霍夫辐射定律中的函数f(λ，T)即黑体的光谱辐射出射度。

 

发展历史

1889年O.lummer等测定了黑体辐射光谱能量分布的实验数据。

1879年J.Stefan根据实验数据确立了黑体辐射力正比绝对温度的四次方规律。

1884年L.Boltzmann从理论上证实了上述定律。
1896年Wien位移定律。

19世纪末L.Rayleigh-J.H.Jeans公式。

1900年M.Planck定律。

特点

热辐射的特点:

1、任何物体，只要温度高于0K ，就会不停地向周围空间发出热辐射;

2、可以在真空和空气中传播;

3、伴随能量形式的转变;

4、具有强烈的方向性;

5、辐射能与温度和波长均有关;

6、发射辐射取决于温度的4次方。

​本质

(1) 辐射人体热辐射
人体热辐射
:物体以电磁波的方式向外传递热量的过程。

(2) 辐射能:物体以电磁波的方式向外传递的能量。

通常以辐射表示辐射能。

(3) 热辐射:因热引起的电磁波辐射称为热辐射。它是由物体内部微观粒子在运动状态改变时所激发出来的。激发出来的能量分为红外线、可见光和紫外线等。其中红外线对人体的热效应显著。

(4) 能量转换:内能->辐射能->内能

A 物体(发射)----> B 物体(吸收)

(5) 辐射换热:是指物体之间相互辐射和吸收过程的总效果。当物体的温度处于平衡时，则它们之间辐射和吸收的能量相等，处于热的动平衡状态。

(6) 电磁波的速率、波长和频率的关系:

c= nl

电磁波的特性取决于波长或频率。在热辐射分析中通常用波长来描述电磁波。

(7) 电磁波的波谱

热射线的本质决定了热辐射过程有如下特点:

(1) 它是依靠电磁波向物体传输热量，而不是依靠物质的接触来传递热量。

(2) 辐射换热过程中伴随着能量的两次转换:物体的内能 ® 辐射能;

(接受)辐射能 ® (转换)内能

(3) 一切物体只要其温度 T>0K ，都在不断发射热射线。

电磁波具有波粒二象性。

2.辐射能的吸收、反射、透射

热射线与光的特性相同，所以光的投射、反射、折射规律对热射线也同样适用。

3. 根据能量守恒定律有:

Q= Qr + Qa + Qd

1= Qr / Q + Qa / Q + Qd/ Q

=r+a+d

r --反射率; a --吸收率; d --透过率。

当吸收率 a=1 时，表明物体能将投射到它表面的热射线全部吸收，称为绝对黑体，简称黑体。

当反射率 r =1 时，表明物体能将投射到它表面的热射线全部反射出去，称为绝对白体，简称白体。

当是镜反射(入射角 = 反射角)则称镜体。

当 d=1 时，称为绝对透明体，简称透明体，又称介热体、透热体。

应该指出:上面所说的黑体、白体、透明体均是对热射线而言，而不是对可见。