06-22-01 热辐射及其规律
高空飞机彩色红外照片
高空飞机自然彩色照片
物体在任一温度下都向四周发射着不同波长的电磁波,伴随着电磁波的传播而辐射出去的能量,称为辐射能。这种辐射能量的现象叫做热辐射。
热辐射是传递热量的一种方式,以光速传播,既不靠介质,也不靠对流。
温度升高,辐射的总功率增大,并且辐射的电磁波的波长 移向短波,例如铁棒加热。
物体向外发出热辐射的同时,也吸收来自周围物体的热辐射,当发射和吸收的辐射能相等时,称为平衡热辐射。这时,它具有一个确定的温度。
1.单色辐射强度
e表示单位时间内,从单位面积上发射的波长在范围内的辐射与之比,它是波长和温度T 的函数,记作 。
2.总辐射强度
--- E 为物体处于温度T 时,在单位时间内,从单位面积上发射出来的所有波长的总辐射能量,它仅是温度T 的函数,记作 。
3.吸收比是被吸收的能量与入射总能量之比,一般小于1 (其余被反射或透射)。
4.绝对黑体是只吸收而不反射(在任何温度,对任何),即吸收比是1的物体(请看黑体模型)。 由于任何物体最后终究要达到热平衡,因此对黑体来说,既然它易于吸收热辐射,那么,它也必定易于向外发射热辐射。
(1) 斯特藩-玻耳兹曼定律:
由日常生活经验可知,物体的辐射能随着温度的升高而迅速增加。实验证明,绝对黑体的总辐射强度E0与热力学温度T的四次方成正比。这一结论称为斯特藩-玻耳兹曼定律,可表示为
----
其中, ,称为斯特藩常量。
(2) 维恩位移定律
对应于绝对黑体的一个给定温度T,总存在着一个最大的单色辐射强度,相应于这个单色辐射峰值的波长为 。热力学温度T愈高, 值愈小,两者的关系为
其中, 。
当绝对黑体的温度升高时,相应于单色辐射强度峰值的波长向短波方向移动。