热辐射基础知识复习进程
热辐射热量通过空气中的辐射传播
热辐射热量通过空气中的辐射传播热辐射是热量以电磁波的形式传播的过程，无需介质参与传导。
当物体的温度高于绝对零度时，就会发出热辐射。
在热辐射传播中，空气是一个重要的媒介。
本文将探讨热辐射热量如何通过空气中的辐射传播。
一、热辐射的基本原理热辐射是一种能量传递方式，它的传播不需要介质的辅助。
物体的温度越高，辐射的能量越大。
热辐射的能量以电磁波的形式传播，其中包括可见光、红外线和紫外线等。
在常温下，物体主要以红外线的形式发出热辐射。
二、热辐射的传播过程热辐射的传播过程可以分为三个阶段：辐射、传输和吸收。
1. 辐射在辐射阶段，热源向周围发出电磁波辐射。
这些辐射波长的大小取决于物体的温度。
高温物体发出的辐射波长较短，而低温物体发出的辐射波长较长。
当热辐射接触到空气时，一部分辐射能量会被空气吸收或散射，进而影响辐射的传播。
2. 传输在传输阶段，热辐射的电磁波在空气中传播。
空气中的分子和粒子会与辐射波相互作用，从而改变辐射的传播方向和强度。
辐射在空气中传播时，会遇到折射、散射和吸收等现象，导致热辐射的能量逐渐减弱。
3. 吸收在吸收阶段，热辐射的电磁波被物体吸收。
能量吸收会使物体的温度升高。
不同物体对热辐射的吸收能力不同，这取决于物体的材料和表面特性。
三、空气中的辐射传播空气在热辐射传播中起到了重要的作用。
由于空气的透明性，可见光可以穿透空气，但大部分的红外线和紫外线会被空气吸收或散射。
当有物体发出热辐射时，热辐射会在空气中传播，同时受到空气的散射和吸收而衰减。
因此，空气中的辐射传播过程会导致热辐射能量的损失。
四、热辐射传播中的影响因素在热辐射传播中，有许多因素会影响传播的效果。
1. 温度热辐射的能量与物体的温度呈正相关。
温度越高，热辐射的能量越大，传播距离也会增加。
2. 物体的表面特性不同材料的表面特性不同，对热辐射的吸收和反射也不同。
光亮和平滑的表面对热辐射的吸收能力较小，而暗和粗糙的表面则对热辐射的吸收能力较大。
《热辐射》 讲义
《热辐射》讲义一、什么是热辐射在我们的日常生活中，热传递的现象无处不在。
当我们靠近篝火取暖时，感受到的温暖不仅仅来自热传导和热对流，还有一种重要的热传递方式——热辐射。
热辐射，简单来说，就是由物体自身温度所决定的，以电磁波形式向外传递能量的过程。
与热传导和热对流不同，热辐射不需要介质，可以在真空中进行。
比如，太阳向地球传递热量，就是通过热辐射的方式。
即使在浩瀚的宇宙空间中，没有空气这样的介质，太阳的热能依然能够穿越遥远的距离到达地球。
二、热辐射的特点1、不需要介质这是热辐射最为显著的特点之一。
无论是在真空的宇宙空间，还是在各种气体、液体、固体的环境中，热辐射都能发生。
2、与温度相关物体的温度越高，热辐射的能力就越强，辐射出的电磁波能量也就越大。
这也就解释了为什么高温物体看起来更加明亮，因为它们辐射出了更多高能量的电磁波。
3、电磁波形式热辐射是以电磁波的形式传播能量的。
这些电磁波涵盖了从红外线、可见光到紫外线等广泛的频谱范围。
4、具有方向性热辐射并非均匀地向各个方向传播，而是具有一定的方向性。
物体表面的形状、材质等因素都会影响热辐射的方向分布。
三、热辐射的原理热辐射的本质是物体内部微观粒子的热运动所导致的。
当物体内部分子、原子等微观粒子处于热运动状态时，它们会不断地吸收和发射电磁波。
这些电磁波的能量与微观粒子的热运动状态相关，温度越高，微观粒子的热运动越剧烈，发射的电磁波能量也就越高。
从量子力学的角度来看，热辐射是由物体内部的电子在不同能级之间跃迁所产生的。
当电子从高能级向低能级跃迁时，就会发射出一定能量的电磁波。
四、热辐射的影响因素1、物体的温度这是最关键的因素。
温度越高，热辐射的强度越大，辐射出的电磁波频率也越高。
2、物体的表面积表面积越大，相同温度下辐射的能量也就越多。
3、物体的表面特性包括表面的颜色、粗糙度、材质等。
一般来说，颜色越深、粗糙度越大、吸收率越高的表面，其热辐射能力也越强。
4、物体的几何形状不同的几何形状会影响热辐射的方向和强度分布。
热辐射相关资料
热辐射《热辐射》教案热辐射是物体在温度不为零时放射的一种电磁辐射现象，而不需要通过物质的传导或对流。
对于物理学领域的教学来说，热辐射是一个非常重要的概念，它涉及到热力学、电磁学和光学等多个方面的知识。
因此，设计一份关于热辐射的教案是非常有必要的。
为了帮助学生更好地理解热辐射的原理和应用，我们设计了以下教案：一、教案目标1. 了解热辐射的基本概念和特点；2. 掌握热辐射与物体温度、表面特性之间的关系；3. 理解热辐射在日常生活和工业生产中的应用。
二、教学内容1. 热辐射的概念和特点；2. 热辐射的强度与温度的关系；3. 热辐射的频谱分布；4. 热辐射在人类生活和工业领域的应用。
三、教学过程1. 导入：通过实际案例引入热辐射的概念，引起学生的兴趣；2. 讲解：介绍热辐射的基本原理、强度与温度的关系和频谱分布等内容；3. 实验：设计简单的实验，让学生通过测量不同温度下物体的辐射强度来探究温度与热辐射之间的关系；4. 应用：通过案例分析，讲解热辐射在太阳能利用、红外线加热等方面的应用；5. 总结：对本节课的内容进行总结，并布置相关作业。
四、教学手段1. 多媒体教学：利用幻灯片、视频等多媒体教学手段，直观展示热辐射的相关知识；2. 实物展示：通过展示不同温度下的物体和红外相机等实物，帮助学生更好地理解热辐射的概念；3. 互动讨论：鼓励学生参与讨论和提问，促进学生间的互动和合作。
五、教学评估1. 课堂测验：设计简单的选择题、判断题等形式的测验，测试学生对热辐射知识的掌握情况；2. 实验报告：要求学生完成实验报告，总结实验过程和结果，评价实验的重要性和难点。
在本教案的设计中，我们旨在通过导入、讲解、实验、应用和总结等环节，让学生从多个角度全面了解热辐射的知识。
通过实例教学和互动讨论，激发学生的学习兴趣，提高他们的学习积极性。
希望这份教案能够对热辐射的教学有所帮助，让学生在学习过程中更加轻松、愉快地理解和掌握这一重要的物理概念。
第三章-热辐射的基本规律
p2 sin dpdd
pz
dp p
pd
py
px
p cosd
在空间体积
V
内
动量大小在 p p dp 范围内
动量方向在
d d
范围内
自由粒子 可能的状态数：
在空间体积 动量大小在
Vp2 sin dpdd
h3
V
内
p p dp 范围内
自由粒子 可能的状态数：
Vp2dp
六、关于基尔霍夫定律的几点说明
1．基尔霍夫定律就是热平衡辐射定律，与物质本身 的性质无关，（当然对黑体也适用）；
2．吸收和辐射的多少应在同一温度下比较；
3．任何强烈的吸收必发出强烈的辐射，无论吸收是 由物体表面性质决定的，还是由系统的构造决定的；
4．基尔霍夫定律所描述的辐射与波长有关，与人眼 的视觉特性和光度量无关；
E dv
8Vv2
c3
d
eh
1
K BT
hv 1
8hv3
1
E dv
c3
V
eh
K BT
dv 1
在 d 的频率范围内，单位体积内的辐射能：
w d
8hv3
c3
eh
1
K BT
dv 1
w
8hv3
c3
eh
1
K BT
1
以频率为变量 的普朗克公式
w ：单位体积、单位频率间隔内的辐射能，也就是
辐射场的光谱能量密度。
体的不同而改变。
物体的吸收率越大，则它的辐射出射度越大； 发射强的物体必然吸收也强; 善于发射的物体必善于接收； 好的反射体必然是弱的发射体。
——反之亦然
热辐射基础知识
图2-1 物体对热辐射的 吸收、反射和穿透
▪6
黑体、白体和透明体
2. 黑体：
试验表明物体的辐射能力与温度有关，同一温度下不同物体的辐射与吸收本领也大不一样。在探 索热辐射规律的过程中，黑体（black body）这种理想物体的概念具有重大意义。
黑体，是一个理想化了的物体，它能够在任何温度下吸收外来的全部电磁辐射，并且不会有任何 的反射与透射。但黑体不见得就是黑色的，它可以放出电磁波，而这些电磁波的波长和能量则全 取决于黑体的温度，不因其他因素而改变。在室温下，黑体辐射的能量集中在长波电磁辐射和远 红外波段；当黑体温度到几百摄氏度之后，黑体开始发出可见光。以钢材为例根据温度的升高过 程，分别变为红色，橙色，黄色，当温度超过1300摄氏度时开始发白色和蓝色。当黑体变为白色 的时候，它同时会放出大量的紫外线。
2. 特点： 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：发射时，物体的内能转换成辐射能；接受时，辐
射能转换成内能。 ③ 一切物体只要其温度 T>0K ，都在不断发生热辐射。
▪2020/2/8
▪3
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▪4
热辐射定义和特点
③ 电磁波的应用：
各种波长的电磁波在生产、科研与日常生活中有着广泛的应用。对于红外辐射（infrared radiation），它又有近红外与远红外之分，大体上以25������������为界（国际照明委员会定的界限）， 25������������以下的称为近红外线。波长在1mm~1m之间的电磁波称为微波（microwave），微波可以 穿透塑料、玻璃以及陶瓷制品，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，从而使物体能比较均匀的得到加热。各类食品的主要成分是水，因而微波加热食物是 一种比较理想的加热手段，微波炉就是利用这一原理来加热的。波长大于1m的电磁波则广泛用 于无线电技术中。
第八章-热辐射基本定律和辐射基本特性分解
8-3 灰体和基尔霍夫定律
一、实际物体的辐射特性和发射率
▲光谱辐射力随波长呈现不规则的变化；
实际物体 辐射特性：
▲辐射力并不严格地同热力学温度四次方成正比；
▲定向辐射强度在不同方向上有变化谱发射率( )
—修正光谱辐射力Eb
定向发射率( )
—修正定向辐射强度I
★发射率（黑度）ε—— 实际物体的辐射力与同温度下黑体的辐射力的比值。
固体和液体对辐射能的吸收和反射基本上属于表面效应： 金属的表面层厚度小于1m；绝大多数非金属的表面层厚度小 于1mm。
二、黑体模型
能吸收投入到其表面上的所有热辐射能的物体，是 一种科学假想的物体，现实中并不存在。
黑体： 白体或镜体：
1
1
透明体：
1
煤烟、炭黑、粗糙的钢板 0.9以上
黑体吸收和发射辐射能的能力最强
热辐射是热量传递的 基本方式之一，以热辐 射方式进行的热量交换 称为辐射换热。
传热学
第八章 热辐射基本定律和辐射特性
§8-1 热辐射现象的基本概念
1. 热辐射特点
(1) 定义：由热运动产生的，以电磁波形式传递的能量；
(2) 特点：a 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；b 可以在真空中传播；c 伴随能量形
可见光波段的辐射能量比例为 0.545 8－0.099 32 = 0.446 5
0.76 m ~ 40 m红外波段的辐射能量比例
1.0－0.545 8 = 0.454 2
计算表明： (1) 大气层外太阳辐射中可见光的能量比例接近45％，而
40 m以内的红外辐射也占大约45％。 (2) 太阳辐射温度下，40m以上的红外辐射能量几乎为零。
6第六章 热辐射基础
•实际物体表面的热辐射性 能均弱于黑体表面。
•黑度(发射率emissivity) ： 实际表面的辐射力与同温度下 黑体辐射力的比值
实际物 体
E
Eb
根据辐射力的不同定义，可 以得到不同的发射率。
2.电磁波频谱
可见光（λ＝0.38～0.76μm） 红外线（λ＝0.76～1000μm ） 微波（λ＝1mm～1m ）
热射线：0.1~100μm
这一波长区段的电磁波最容 易被物体吸收转化为热能
3.辐射传热
辐射传热：物体间通过相互热辐射与吸收传递热量的过程。
辐射传热与导热、对流传热的区别 ➢ 无需任何的介质； ➢ 伴随能量形式的转变：
4.黑体波段辐射力的计算
Eb
2
1
Eb d
Eb
2
0
Ebd－01
Ebd
Eb0
0
e
c15
c2 /T
d
1
特定波长区段内的黑体辐射能
工程上求解问题的思路：复杂的问题简单化。 办法：引入黑体辐射函数。
4.黑体波段辐射力的计算
黑体辐射函数Fb(0- λ)：黑体辐射力在波长从零到某 个值λ 范围内占总辐射力中的百分比。
Ebd
？
Eb
0
Eb
d
-
0
Eb
d
Eb 1- Fb0 Eb
特定波长区段内的黑体辐射能
• 例题：工作温度为3000K的黑体表面发光效率是多少？ 解：取可见光的波长范围：（0.38~0.76μm）
T=3000K时，有 λ1T=0.38×3000=1140 μm·K，查得Fb（0-0.38）=0.14 λ2T=0.76×3000=2280 μm·K，查得Fb（0-0.76）=11.7
热传导与热辐射知识点总结
热传导与热辐射知识点总结热传导和热辐射是热学领域中重要的概念和物理现象。
本文将从理论和实际应用两个层面对热传导和热辐射的知识点进行总结。
一、热传导热传导是指在热量传递过程中，由高温物体传递到低温物体的直接传导现象。
主要介绍热传导的知识点如下：1. 热传导的基本原理：热传导是由于物质内部的微观运动而导致的能量传递。
物质中的分子或原子通过相互碰撞，将热能从高能级传递到低能级，达到热平衡。
2. 热传导的影响因素：热传导的速率取决于温度差、传导介质的导热性能、传导路径的长度和横截面积等因素。
导热性能较好的物质如金属，其热传导速率较快。
3. 热导率：热导率是描述材料导热性能的物理量，表示单位面积上单位温度梯度下传递的热量。
常用的热导率单位有瓦特每米每开尔文（W/(m·K)）和卡路里每秒每厘米每开尔文（cal/(s·cm·K)）。
4. 热传导方程：热传导过程可以通过热传导方程描述，即傅里叶热传导定律。
该定律说明了热流密度与温度梯度之间的关系，表达式为q = -k∇T，其中q为单位时间通过单位面积的热流，k为热导率，∇T为温度梯度。
二、热辐射热辐射是指物体在温度不同的情况下，通过辐射方式传递热能。
热辐射与物体的温度和表面特性有关。
以下是热辐射的相关知识点：1. 热辐射的基本特性：热辐射是物体因为温度不同而发射出的电磁波辐射。
所有物体在温度不为绝对零度时都会发生热辐射。
热辐射的频率和强度与物体的温度相关。
2. 热辐射定律：热辐射的特性可以通过普朗克定律、斯特藩—玻尔兹曼定律和维恩位移定律来描述。
普朗克定律说明了不同温度下热辐射的频率与强度关系，斯特藩—玻尔兹曼定律则说明了热辐射能量与温度的关系，维恩位移定律揭示了峰值波长与温度的关系。
3. 辐射热通量：辐射热通量是热辐射过程中单位时间内通过单位面积的辐射功率。
辐射热通量可以用斯特藩—玻尔兹曼定律来计算，即q = εσT^4，其中q为单位时间通过单位面积的辐射热通量，ε为辐射率，σ为斯特藩—玻尔兹曼常数，T为物体的温度。
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热辐射四大定律
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10
热辐射四大定律
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图3-1 铜和铝的光谱吸收比与波长关系
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热辐射四大定律
④ 三个层次的基尔霍夫定律：
基尔霍夫定律有三个不同层次上的表达式，其适用条件不同，如表3-1。对大多数工程计算，主要 应用“全波段、半球”这一层次上的表达式。
▪层次 ▪光谱，定向
表4-1 常用材料表面黑度
7
黑体、白体和透明体
▪
图2-2 镜面反射
图2-2 漫反射
8
热辐射四大定律
1. 基尔霍夫辐射定律
① 人物成就：
基尔霍夫（Gustav Robert Kirchhoff, 1824-1887），德国物理学家。 电路设计：1845年，提出基尔霍夫电流定律（KCL）和基尔霍夫电压定 律（KVL），解决了电器设计中电路方面的难题。被称为“电路求解大师”。 热辐射：1859年，基尔霍夫做了用灯焰烧灼食盐的实验。在研究过程中， 得出了关于热辐射的定律，后被称为基尔霍夫定律（Kirchoff‘s law）。1862年他又进一步得出绝
热辐射基础知识
林剑启 编著
目录
一．热辐射定义和特点 二．黑体、白体和透明体 三．热辐射四大定律 四．热辐射换热计算 五．辐射传热的控制（强化与削弱） 六．参考资料
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热辐射定义和特点
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热辐射定义和特点
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热辐射定义和特点
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图1-1 电磁波的波谱
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黑体、白体和透明体
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图2-1 物体对热辐射的 吸收、反射和穿透
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黑体、白体和透明体
2. 黑体：
试验表明物体的辐射能力与温度有关，同一温度下不同物体的辐射与吸收本领也大不一样。在探 索热辐射规律的过程中，黑体（black body）这种理想物体的概念具有重大意义。
黑体，是一个理想化了的物体，它能够在任何温度下吸收外来的全部电磁辐射，并且不会有任何 的反射与透射。但黑体不见得就是黑色的，它可以放出电磁波，而这些电磁波的波长和能量 则全取决于黑体的温度，不因其他因素而改变。在室温下，黑体辐射的能量集中在长波电磁 辐射和远红外波段；当黑体温度到几百摄氏度之后，黑体开始发出可见光。以钢材为例根据 温度的升高过程，分别变为红色，橙色，黄色，当温度超过1300摄氏度时开始发白色和蓝色 。当黑体变为白色的时候，它同时会放出大量的紫外线。
玻尔兹曼（Ludwig Edward Boltzmann，1844-1906），奥地利物理学家， 和哲学家，是热力学和统计物理学的奠基人之一。作为一名物理学家，他最 伟大的功绩是发展了通过原子的性质（例如，原子量，电荷量，结构等等） 来解释和预测物质的物理性质（例如，粘性，热传导，扩散等等）的统计力 学，并且从统计意义对热力学第二定律进行了阐释。
▪数学表达式
▪成立条件
▪光谱，半球
▪漫射表面
▪全波段，半球
⑤ 温室效应：
▪与黑体辐射处于热平衡或对漫灰表面
当研究物体表面对太阳能的吸收时，一般不能把物体在常温下的发射率作为对太阳能的吸收比。 因为太阳辐射中可见光占了近一半能量，而大多数物体对可见光波的吸收表现出强烈的选择 性。例如各种颜色（包括白色）的油漆，常温下的发射率高达0.9，但在可见光范围内，白漆 的吸收比仅0.1~0.2，而黑漆仍在0.9以上。在夏天，人们喜欢穿白色或浅色衣服的理由也在 此。在太阳能集热器的研究中要求集热器的涂层具有高的对太阳辐射的吸收比，而又希望减 少涂层本身的发射率以减少散热损失，目前已开发出的涂层材料的吸收比与发射率之比可高 达8~10。
对黑体的概念。他的热辐射定律和绝对黑体概念是开辟20世纪物理学新纪元的关键之一。 1900年M.普朗克的量子论就发轫于此。 化学：在海德堡大学期间制成光谱仪，与化学家本生合作创立了光谱化学分析法（把各种元素放 在本生灯上烧灼，发出波长一定的一些明线光谱，由此可以极灵敏地判断这种元素的存在） ，从而发现了元素铯和铷。科学家利用光谱化学分析法，还发现了铊、碘等许多种元素。 光学理论：给出了惠更斯-菲涅耳原理的更严格的数学形式，对德国的理论物理学的发展有重大影 截面导线的扰动。 薄板直法线理论：1850年，在柏林大学执教的基尔霍夫发表了他关于板的重要论文《弹性圆板的 平衡与运动》（Ueber das Gleichgewicht und die elastischen Scheibe：Credles Journal， Bd.40,S.51-88）。 基尔霍夫的论文指出泊松的错误。这就是力学界著名的基尔霍夫薄板假设 。
位于太阳照耀下被玻璃封闭起来的空间，例如小轿车、培养植物的暖房等，其内部温度明显地高 于外界温度，就是因为玻璃对太阳辐射具有强烈的选择性吸收的缘故。
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热辐射四大定律
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图3-2 玻璃穿透比与波长关系
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热辐射四大定律
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热辐射四大定律
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图3-3 普朗克温度分布
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热辐射四大定律
3. 斯蒂藩-玻耳兹曼定律： ① 人物介绍： 斯忒藩（ Josef Stefan，1835-1893） 澳大利亚物理学家。斯忒藩是斯洛 文尼亚人，1879年，他发现热体的总辐射和它的绝对温度的四次方成正 比。若温度提高一倍，辐射率则增加到16倍。这就是斯忒藩的四次方定 律，现已证明它在星体演化的研究上具有重大的意义。 1884年，玻耳兹 曼指出这条定律可以根据热力学原理推导出来，因此有时称之为斯忒藩 – 玻耳兹曼定律。
黑体的吸收率α=1，这意味着黑体能够全部吸收各种波长的辐射能。尽管在自然界并不存在黑体 ，但用人工的方法可以制造出十分接近于黑体的模型。黑体模型的原理如下：取工程材料（ 它的吸收率必然小于黑体的吸收率）制造一个球壳形的空腔，使空腔壁面保持均匀的温度， 并在空腔上开一个小孔。射入小孔的辐射在空腔内要经过多次的吸收和反射，而每经历一次 吸收，辐射能就按照内壁吸收率的大小被减弱一次，最终能离开小孔的能量是微乎其微的， 可以认为所投入的辐射完全在空腔内部被吸收。所以，就辐射特性而言，小孔具有黑体表面 一样的性质。值得指出的是，小孔面积占空腔内壁总面积的比值越小，小孔就越接近黑体。 若这个比值小于0.6%，当内壁吸收率为60%时，计算表明，小孔的吸收率可达99.6%。应用 这种原理建立的黑体模型，在黑体辐射的实验研究以及为实际物体提供辐射的比较标准等方 面都十分有用。