第8章熱輻射基本定律和輻射特性內(nèi)容要求掌握熱輻射的基本概念；掌握黑體，黑體輻射的基本定律；固體和液體的輻射特性；實際物體對輻射能的吸收與輻射的關(guān)系；太陽輻射。第8章熱輻射基本定律和輻射特性內(nèi)容要求

8-1熱輻射現(xiàn)象的基本概念8.1.1熱輻射

1.輻射：是指物體受到某種因素的激發(fā)而向外發(fā)射

輻射能的現(xiàn)象。

受熱，電子碰撞，光照，化學(xué)反應(yīng)等。2.熱輻射：物體由于受熱而向外發(fā)射輻射能的現(xiàn)象。3.輻射換熱（radiationheattransfer）

物體間以輻射方式進行的包含輻射與吸收過程綜合結(jié)果的熱量傳遞過程。兩物體溫度不同時，高溫物體失去熱量；兩物體溫度相同時，輻射換熱量為零。8-1熱輻射現(xiàn)象的基本概念8.1.1熱輻射（2）所有溫度大于

0K的實際物體都具有發(fā)射

熱輻射的能力。（3）熱輻射過程中不僅有能量的傳遞，而且有能量形式的轉(zhuǎn)化。（1）可以不依靠中間媒介，在真空中傳播。熱力學(xué)能熱力學(xué)能輻射能4.熱輻射的特點（2）所有溫度大于0K的實際物體都具有發(fā)射（3）熱輻射過2.熱輻射的波長范圍

理論上：0—

整個波譜；日常生活,工業(yè)上常見的溫度范圍（太陽輻射）

：0.1—100μm，包括部分紫外線，可見光，部分紅外線；工業(yè)上常見溫度范圍T≤2000K時：

：0.76—10μm8.1.2從電磁波的角度描述熱輻射的特性

1.傳播速率與波長，頻率間的關(guān)系2.熱輻射的波長范圍理論上：0—整個3.物體表面對熱輻射的作用投入輻射Q：單位時間投射到單位面積物體表面上全部波長范圍內(nèi)的輻射能。W/ｍ2根據(jù)能量守恒：或：（1）吸收比，反射比和透過比吸收比α，反射比ρ，透過比τ3.物體表面對熱輻射的作用投入輻射Q：根據(jù)能量守恒：或（2）不同物體表面的輻射特性熱輻射投射到固體，液體表面上：

漫射表面：漫反射和漫發(fā)射熱輻射投射到氣體表面上：容積性鏡反射(Specularreflection)漫反射(Diffusereflection)表面性（3）固體表面的兩種反射現(xiàn)象主要取決于固體表面不平整尺寸的大?。ū砻娲植诙龋＃?）不同物體表面的輻射特性熱輻射投射到固體，液體表面上：8.1.3黑體，鏡體和絕對透明體1.絕對黑體（黑體）：2.鏡體（白體）：3.絕對透明體：白雪：（接近黑體）；白布，黑布吸收比基本相同；玻璃可透過可見光，對紅外線幾乎不透過。例如黑體，白體不同于黑色物體，白色物體。區(qū)別黑體吸收和發(fā)射輻射能的能力最強8.1.3黑體，鏡體和絕對透明體1.絕對黑體（黑體）：

8.2黑體輻射的基本定律黑體輻射的基本定律：斯忒藩-波耳茲曼定律，普朗特定律，蘭貝特定律。

8.2.1斯忒藩-波耳茲曼定律1.輻射力(Emissivepower)單位時間單位面積物體表面向半球空間的所有方向輻射出去的全部波長范圍內(nèi)的輻射能量，稱為該物體表面的輻射力。E，W/m2對黑體輻射：8.2黑體輻射的基本定律黑體輻射的基本定律：斯忒藩2.斯忒藩-波耳茲曼定律1879年斯忒藩（實驗）,1884年波耳茲曼（理論）確定了黑體的Eb與

T的關(guān)系。式中:–黑體輻射常數(shù)另一種形式:式中:C0

–黑體輻射系數(shù)2.斯忒藩-波耳茲曼定律1879年斯忒藩（實驗）,舉例計算黑體表面溫度為27℃

和627℃時的輻射力

Eb。解：黑體表面溫度為27℃時：黑體表面溫度為627℃時：分析說明高溫和低溫兩種情況下，黑體的輻射能力有明顯的差別。舉例計算黑體表面溫度為27℃和627℃時解：黑體表面溫度為

8.2.2普朗克定律1.光譜輻射力(Emissivepower)單位時間單位面積物體表面向半球空間的所有方向輻射出去的包含波長λ在內(nèi)的單位波長的輻射能量，稱為該物體表面的光譜輻射力。

Eλ，W/m2.μm

1900年，普朗特確定黑體輻射的光譜分布規(guī)律。2.普朗特定律對黑體輻射：8.2.2普朗克定律1.光譜輻射力(Emissiv3.不同溫度下黑體的光譜輻射力隨波長的變化：

T一定時，

λ一定時，

隨T的升高，Ebλ,max對應(yīng)的波長λｍ向短波遷移。3.不同溫度下黑體的光譜輻射力隨波長的變化：T一定時，4.維恩位移定律光譜輻射力為Ebλ,max時，λｍ和T之間的關(guān)系?？傻?并且:當(dāng)溫度不變時:推導(dǎo)4.維恩位移定律光譜輻射力為Ebλ,max時，λｍ和T舉例計算溫度分別為2000K

和5800K的黑體與Ebλ,max對應(yīng)的λｍ。解：由維恩位移公式：說明工業(yè)上一般高溫范圍（2000K以下）時，與Ebλ,max對應(yīng)的λｍ位于紅外線區(qū)段；溫度近于太陽表面溫度（5800K）時，與Ebλ,max對應(yīng)的λｍ位于可見光區(qū)段。舉例計算溫度分別為2000K和5800K的黑體解：由維恩位5.波段內(nèi)黑體輻射力：實際問題：引入輻射比其中：為黑體輻射函數(shù)（表8-1）則波段內(nèi)黑體輻射力：5.波段內(nèi)黑體輻射力：實際問題：引入輻射比其中：

8.2.3蘭貝特定律1.立體角球面度對整個半球：對微元立體角：8.2.3蘭貝特定律1.立體角球面度對整個半2.定向輻射強度（輻射強度）物體單位時間單位可見輻射面積單位立體角內(nèi)發(fā)出的輻射能量。對各向同性物體表面：2.定向輻射強度（輻射強度）對各向同性物體表面：3.定向輻射力單位時間單位面積物體表面向某個方向發(fā)射單位立體角內(nèi)的輻射能,稱為該物體表面在該方向上的定向輻射力。Eθ，W/(m2.sr)3.定向輻射力4.蘭貝特定律黑體的定向輻射強度與方向無關(guān)，即半球空間各方向上的輻射強度都相等。即是：定向輻射力與定向輻射強度的關(guān)系：輻射力與定向輻射強度的關(guān)系：適用于：黑體漫發(fā)射體4.蘭貝特定律黑體的定向輻射強度與

8.3固體和液體的輻射特性

8.3.1實際物體的輻射力1.實際物體的發(fā)射率（黑度）2.實際物體的輻射力：反映了物體發(fā)射輻射能量的能力。說明8.3固體和液體的輻射特性8.3.1實際物體的輻射因此：8.3.2實際物體的光譜輻射力1.實際物體的光譜輻射力實際物體的光譜輻射力隨波長做不規(guī)則變化。2.實際物體的光譜發(fā)射率因此：8.3.2實際物體的光譜輻射力1.實際物體8.3.3實際物體的定向輻射強度1.實際物體的定向發(fā)射率2.定向發(fā)射率隨θ角的變化規(guī)律

（1）黑體和漫發(fā)射體（2）金屬（3）非金屬對大部分工程材料，定向發(fā)射率可視為常數(shù)，可視為漫發(fā)射體。8.3.3實際物體的定向輻射強度1.實際物體的定向物體的種類；物體的表面溫度；物體的表面狀況。只取決于物體自身特性實驗測定8.3.4影響物體發(fā)射率的因素種類：常溫下，白色大理石0.95，鍍鋅鐵皮0.23；溫度：氧化的鋁表面50℃，ε=0.2，500℃，ε=0.3；表面狀況：無光澤黃銅0.22，磨光黃銅0.05；非金屬材料較高0.85~0.95，且與表面顏色無關(guān)。例如物體的種類；只取決于物體自身特性實驗測定8.3.4影響

8.4實際物體對輻射能的吸收與輻射

8.4.1實際物體的吸收比1.物體的吸收比：物體對投入輻射所吸收的百分數(shù)。吸收比取決于兩方面因素：物體的種類，溫度和表面性質(zhì)吸收物體的本身狀況投入輻射的特性8.4實際物體對輻射能的吸收與輻射8.4.1實際物2.物體的光譜吸收比：物體對某一特定波長輻射能吸收的百分數(shù)。3.實際物體的光譜吸收比對波長具有選擇性白瓷磚玻璃可見光，紅外線，很小，近乎透明體；紫外線，紅外線，，表現(xiàn)不透明性。溫室效應(yīng)白漆和黑漆物體的顏色對可見光呈強烈選擇性；但對紅外線的吸收率均為0.9左右。2.物體的光譜吸收比：3.實際物體的光譜吸收比對波長

8.4.2灰體的概念1.灰體：光譜輻射特性與波長無關(guān)的物體。大多數(shù)工程材料可作灰體處理說明灰體和黑體一樣，也是一種理想物體；灰體的與波長無關(guān)，只取決于本身特性，與外界投射輻射無關(guān)；就發(fā)射和吸收的規(guī)律而言，灰體和黑體完全相同，在數(shù)量上體現(xiàn)了百分比關(guān)系。8.4.2灰體的概念1.灰體：光譜輻射特性與波長第8章熱輻射基本定律和輻射特性內(nèi)容要求掌握熱輻射的基本概念；掌握黑體，黑體輻射的基本定律；固體和液體的輻射特性；實際物體對輻射能的吸收與輻射的關(guān)系；太陽輻射。第8章熱輻射基本定律和輻射特性內(nèi)容要求

8-1熱輻射現(xiàn)象的基本概念8.1.1熱輻射

1.輻射：是指物體受到某種因素的激發(fā)而向外發(fā)射

輻射能的現(xiàn)象。

受熱，電子碰撞，光照，化學(xué)反應(yīng)等。2.熱輻射：物體由于受熱而向外發(fā)射輻射能的現(xiàn)象。3.輻射換熱（radiationheattransfer）

物體間以輻射方式進行的包含輻射與吸收過程綜合結(jié)果的熱量傳遞過程。兩物體溫度不同時，高溫物體失去熱量；兩物體溫度相同時，輻射換熱量為零。8-1熱輻射現(xiàn)象的基本概念8.1.1熱輻射（2）所有溫度大于

0K的實際物體都具有發(fā)射

熱輻射的能力。（3）熱輻射過程中不僅有能量的傳遞，而且有能量形式的轉(zhuǎn)化。（1）可以不依靠中間媒介，在真空中傳播。熱力學(xué)能熱力學(xué)能輻射能4.熱輻射的特點（2）所有溫度大于0K的實際物體都具有發(fā)射（3）熱輻射過2.熱輻射的波長范圍

理論上：0—

整個波譜；日常生活,工業(yè)上常見的溫度范圍（太陽輻射）

：0.1—100μm，包括部分紫外線，可見光，部分紅外線；工業(yè)上常見溫度范圍T≤2000K時：

：0.76—10μm8.1.2從電磁波的角度描述熱輻射的特性

1.傳播速率與波長，頻率間的關(guān)系2.熱輻射的波長范圍理論上：0—整個3.物體表面對熱輻射的作用投入輻射Q：單位時間投射到單位面積物體表面上全部波長范圍內(nèi)的輻射能。W/ｍ2根據(jù)能量守恒：或：（1）吸收比，反射比和透過比吸收比α，反射比ρ，透過比τ3.物體表面對熱輻射的作用投入輻射Q：根據(jù)能量守恒：或（2）不同物體表面的輻射特性熱輻射投射到固體，液體表面上：

漫射表面：漫反射和漫發(fā)射熱輻射投射到氣體表面上：容積性鏡反射(Specularreflection)漫反射(Diffusereflection)表面性（3）固體表面的兩種反射現(xiàn)象主要取決于固體表面不平整尺寸的大?。ū砻娲植诙龋?。（2）不同物體表面的輻射特性熱輻射投射到固體，液體表面上：8.1.3黑體，鏡體和絕對透明體1.絕對黑體（黑體）：2.鏡體（白體）：3.絕對透明體：白雪：（接近黑體）；白布，黑布吸收比基本相同；玻璃可透過可見光，對紅外線幾乎不透過。例如黑體，白體不同于黑色物體，白色物體。區(qū)別黑體吸收和發(fā)射輻射能的能力最強8.1.3黑體，鏡體和絕對透明體1.絕對黑體（黑體）：

8.2黑體輻射的基本定律黑體輻射的基本定律：斯忒藩-波耳茲曼定律，普朗特定律，蘭貝特定律。

8.2.1斯忒藩-波耳茲曼定律1.輻射力(Emissivepower)單位時間單位面積物體表面向半球空間的所有方向輻射出去的全部波長范圍內(nèi)的輻射能量，稱為該物體表面的輻射力。E，W/m2對黑體輻射：8.2黑體輻射的基本定律黑體輻射的基本定律：斯忒藩2.斯忒藩-波耳茲曼定律1879年斯忒藩（實驗）,1884年波耳茲曼（理論）確定了黑體的Eb與

T的關(guān)系。式中:–黑體輻射常數(shù)另一種形式:式中:C0

–黑體輻射系數(shù)2.斯忒藩-波耳茲曼定律1879年斯忒藩（實驗）,舉例計算黑體表面溫度為27℃

和627℃時的輻射力

Eb。解：黑體表面溫度為27℃時：黑體表面溫度為627℃時：分析說明高溫和低溫兩種情況下，黑體的輻射能力有明顯的差別。舉例計算黑體表面溫度為27℃和627℃時解：黑體表面溫度為

8.2.2普朗克定律1.光譜輻射力(Emissivepower)單位時間單位面積物體表面向半球空間的所有方向輻射出去的包含波長λ在內(nèi)的單位波長的輻射能量，稱為該物體表面的光譜輻射力。

Eλ，W/m2.μm

1900年，普朗特確定黑體輻射的光譜分布規(guī)律。2.普朗特定律對黑體輻射：8.2.2普朗克定律1.光譜輻射力(Emissiv3.不同溫度下黑體的光譜輻射力隨波長的變化：

T一定時，

λ一定時，

隨T的升高，Ebλ,max對應(yīng)的波長λｍ向短波遷移。3.不同溫度下黑體的光譜輻射力隨波長的變化：T一定時，4.維恩位移定律光譜輻射力為Ebλ,max時，λｍ和T之間的關(guān)系?？傻?并且:當(dāng)溫度不變時:推導(dǎo)4.維恩位移定律光譜輻射力為Ebλ,max時，λｍ和T舉例計算溫度分別為2000K

和5800K的黑體與Ebλ,max對應(yīng)的λｍ。解：由維恩位移公式：說明工業(yè)上一般高溫范圍（2000K以下）時，與Ebλ,max對應(yīng)的λｍ位于紅外線區(qū)段；溫度近于太陽表面溫度（5800K）時，與Ebλ,max對應(yīng)的λｍ位于可見光區(qū)段。舉例計算溫度分別為2000K和5800K的黑體解：由維恩位5.波段內(nèi)黑體輻射力：實際問題：引入輻射比其中：為黑體輻射函數(shù)（表8-1）則波段內(nèi)黑體輻射力：5.波段內(nèi)黑體輻射力：實際問題：引入輻射比其中：

8.2.3蘭貝特定律1.立體角球面度對整個半球：對微元立體角：8.2.3蘭貝特定律1.立體角球面度對整個半2.定向輻射強度（輻射強度）物體單位時間單位可見輻射面積單位立體角內(nèi)發(fā)出的輻射能量。對各向同性物體表面：2.定向輻射強度（輻射強度）對各向同性物體表面：3.定向輻射力單位時間單位面積物體表面向某個方向發(fā)射單位立體角內(nèi)的輻射能,稱為該物體表面在該方向上的定向輻射力。Eθ，W/(m2.sr)3.定向輻射力4.蘭貝特定律黑體的定向輻射強度與方向無關(guān)，即半球空間各方向上的輻射強度都相等。即是：定向輻射力與定向輻射強度的關(guān)系：輻射力與定向輻射強度的關(guān)系：適用于：黑體漫發(fā)射體4.蘭貝特定律黑體的定向輻射強度與

8.3固體和液體的輻射特性

8.3.1實際物體的輻射力1.實際物體的發(fā)射率（黑度）2.實際物體的輻射力：反映了物體發(fā)射輻射能量的能力。說明8.3固體和液體的輻射特性8.3.1實際物體的輻射因此：8.3.2實際物體的光譜輻射力1.實際物體的光譜輻射力實際物體的光譜輻射力隨波長做不規(guī)則變化。2.實際物體的光譜發(fā)射率因此：8.3.2實際物體的光譜輻射力1.實際物體8.3.3實際物體的定向輻射強度1.實際物體的定向發(fā)射率2.定向發(fā)射率隨θ角的變化規(guī)律

（1）黑體和漫發(fā)射體（2）金屬（3）非金屬對大部分工程材料，定向發(fā)射率可視為常數(shù)，可視為漫發(fā)射體。8.3.3實際物體的定向輻射強度1.實際物體的定向物體的種類；物體的表面溫度；物體