固体表面法线方向黑度测定实验
黑体测量实验
黑体测量实验从某种意义上来说，由于我们生活在一个辐射能的环境中，我们被天然的电磁能源所包围，就产生了测量和控制辐射能的要求。
随着科学技术的发展，辐射度量的测量对于航空、航天、核能、材料、能源卫生及冶金等高科技部门的发展越来越重要。
而黑体辐射源作为标准辐射源,广泛地用作红外设备绝对标准。
它可以作为一种标准来校正其他辐射源或红外整机。
另外，可利用黑体的基本辐射定律找到实体的辐射规律,计算其辐射量。
【实验目的】1. 通过实验了解和掌握黑体辐射的光谱分布。
2. 验证普朗克(Planck)辐射定律。
3. 验证斯忒藩——波耳兹曼定律。
4. 验证维恩(Wien)位移定律。
5. 研究黑体和一般发光体辐射强度的关系。
6. 学会一般发光源的辐射能量的测量，记录发光源的辐射能量曲线。
【实验仪器】WGH —10型黑体实验装置，电控箱，溴钨灯及电源，计算机等【实验原理】1. 热辐射与基尔霍夫(Kirchhoff)定律基尔霍夫(Kirchhoff)定律是描述热辐射体性能的最基本定律。
任何物体，只要其温度在绝对零度0K 以上，就向周围发射辐射，这种由于物体中的原子、分子受到热激发而发射电磁波的现象称为热辐射。
只要其温度在绝对零度以上，也要从外界吸收辐射的能量。
描述物体辐射规律的物理量是辐射出射度和单色辐射出射度，它们之间的关系为：0(,)()M T M T d λλ∞=⎰ （1）实验表明，热辐射具有连续的辐射谱，波长自远红外区延伸到紫外区，并且辐射能量按波长的分布主要决定于物体的温度。
处在不同温度和环境下的物体，都以电磁辐射形式发出能量。
所谓黑体是指入射的电磁波全部被吸收，既没有反射，也没有透射( 当然黑体仍然要向外辐射)。
显然自然界不存在真正的黑体，但许多的物体是较好的黑体近似( 在某些波段上)。
黑体是一种完全的温度辐射体，即任何非黑体所发射的辐射通量都小于同温度下的黑体发射的辐射通量；并且，非黑体的辐射能力不仅与温度有关，而且与表面的材料的性质有关，而黑体的辐射能力则仅与温度有关。
固体表面黑度测定
文档固体表面黑度的测定报告书课程名称：传热学小组成员：鑫、林银福、谷岩帅、柴英杰、沛哲指导教师：任素波提交时间：2015年11月10日目录1.前言2.实验设备介绍及原理分析2.1实验设备2.2实验原理3. 实验试件的测绘3.1测绘过程3.2主要测绘数据3.3三维图4. 实验步骤介绍5. 实验数据及实验结果5.1原始数据5.2实验数据处理6. 实验数据分析6.1实验结论6.2误差分析7.心得体会及人员分工8.主要参考文献附：实验试件工程图摘要：本实验旨在通过固体表面黑度的测定,分析固体表面黑度随温度的变化规律,从而巩固辐射换热理论。
实验中我们采用真空辐射法测定试件表面黑度，即将一个已知长度和直径的试件放入一密封空腔，且空腔不存在吸收热辐射的介质（如空气），为真空，通过电加热彼此之间以辐射换热方式进行热交换，待温度基本不变后，通过加热器电压调节试件外表面温度，最后处理实验数据得到固体表面黑度随温度的变化规律。
1.前言本项目主要容为利用真空辐射法测量固体表面黑度，并分析温度对黑度的影响。
通过理论学习和项目实践使同学掌握以下能力：（1）熟悉物体表面黑度的测试原理；（2）巩固辐射换热原理：（3）分析固体表面黑度随温度的变化规律：(4)熟练应用三维设计软件对实验试件的设计；(5)分析影响物体表面黑度的因素；(6)了解实验原理，并对实验设备进行拆装，学会使用各种测试仪表进行测试；(7)提高学生的动手能力、理论联系实际能力和团队的协作能力；(8)得到查阅文献、阅读相关技术资料和调查研究能力的训炼；(9)通过研究报告的撰写使学生在科技文献写作方面获得训练；(10)通过PPT讲演稿的撰写和实际答辩过程，使学生在PPT文稿撰写和演讲技术方面获得训练。
2.实验设备介绍及原理分析2.1实验设备实验设备由黑度测定仪本体及三个系统组成，三个系统分别为：（1）加热系统：包括电加热器、电流表、电压表、调压器、稳压集成块。
（2）真空系统：包括真空泵、真空保持阀、真空表、大气阀以及密封装置。
实验四 固体表面黑度的 测定
实验四 固体表面黑度的测定一、实验目的1、巩固辐射换热理论。
2、掌握用真空辐射法测定固体表面黑度的实验方法。
3、分析固体表面黑度随温度的变化规律。
二、实验原理当一物体放在另一物体的空腔内，且空腔内不存在吸收热辐射的介质时（如空气），彼此以辐射换热方式进行热交换，其辐射换热量由下式计算：441201121122100100111T T C F Q F F εε⎡⎤⎛⎫⎛⎫-⎢⎥⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎢⎥⎣⎦=⎛⎫+- ⎪⎝⎭(W) (1)式中 F 1——试件外表面积（m 2）；F 2——外壳内表面积（m 2）；C 0——黑体辐射系数，C 0=5.67W/m 2K 4；T 1、T 2——分别为试件外表面和外壳内表面的绝对温度，K ； ε1、ε2——分别为试件外表面和外壳内表面的黑度。
当F 1、F 2为已知，由实验测得Q 12、T 1、T 2，根据式（1）试件外表面黑度ε1可由下式算出：441201111222100100111T T C F F Q F εε⎧⎫⎡⎤⎛⎫⎛⎫-⎪⎪⎢⎥⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎛⎫⎢⎥⎪⎪⎣⎦=--⎨⎬ ⎪⎝⎭⎪⎪⎪⎪⎩⎭(2)为了研究试件表面黑度ε1随温度T 1的变化关系，必须测量不同温度下的黑度值，从而画出ε1 = f (T 1)曲线。
三、实验装置及设备实验设备由黑度测定仪本体及三个系统组成。
三个系统分别为1、加热系统：包括电加热器、电流表、电压表、调压器、稳压集成块。
2、真空系统：包括真空泵、真空保持阀、真空表、大气阀以及密封装置。
3、热电偶测温系统：包括外壳及试件上的热电偶、数显温度表。
本体是由圆柱管的试件及外壳组成。
试件外径为φ25mm ，管长270mm 。
外壳内径为φ99mm ，管长270mm 。
本实验装置的外壳内表面黑度取ε2=0.6。
具体测量原理及装置参见图4-1。
四、实验步骤1、将所用的仪表及测量仪器按图4-1连接好，经指导老师同意，开启电源。
2、开启真空泵，打开真空保持阀，使系统中形成真空。
实验报告物理实验报告固体比表面的测定――BET法
1---真理惟一可靠的标准就是永远自相符合物理实验报告《固体比表面的测定――BET 法》一,实验目的:1.学会用BET法测定活性碳的比表面的方法.2.了解BET多分子层吸附理论的基本假设和BET法测定固体比表面积的基本原理3.掌握BET法固体比表面的测定方法及掌握比表面测定仪的工作原理和相关测定软件的操作.二,实验原理气相色谱法是建立在BET多分子层吸附理论基础上的一种测定多孔物质比表面的方式,常用BET公式为:)-1+P(C-1)/2---真理惟一可靠的标准就是永远自相符合P0VmC上式表述恒温条件下,吸附量与吸附质相对压力之间的关系.式中V是平衡压力为P时的吸附量,P0为实验温度时的气体饱和蒸汽压,Vm是第一层盖满时的吸附量,C为常数.因此式包含Vm和C两个常数,也称BET二常数方程.它将欲求量Vm与可测量的参数C,P联系起来.上式是一个一般的直线方程,如果服从这一方程,则以P/[V(P0-P)]对P/P0作图应得一条直线,而由直线得斜率(C-1)/VmC和直线在纵轴上得截据1/VmC就可求得Vm.则待测样品得比表面积为:S=VmNAσA/(____0m)其中NA为阿伏加德罗常数;m为样品质量(单位:g);σm为每一个被吸附分子在吸附剂表面上所占有得面积,σm的值可以从在液态是的密堆积(每1分子有12个紧邻分子)计算得到.计算时假定在表面上被吸附3---真理惟一可靠的标准就是永远自相符合的分子以六方密堆积的方式排列,对整个吸附层空间来说,其重复单位为正六面体,据此计算出常用的吸附质N2的σm=0.162nm2.现在在液氮温度下测定氮气的吸附量的方法是最普遍的方法,国际公认的σm的值是0.162nm2.本实验通过计算机控制色谱法测出待测样品所具有的表面积.三,实验试剂和仪器比表面测定仪,液氮,高纯氮,氢气.皂膜流量计,保温杯.四:实验步骤(一)准备工作1,按逆时针方向将比表面测定仪面板上氮气稳压阀和氢气稳压阀旋至放松位置(此时气路处于关闭状态).2,将氮气钢瓶上的减压阀按逆时针方向旋至放松位置(此时处于关闭状态),打开钢瓶主阀,然后按顺时针方向缓慢打开减压阀至减压表压力为0.2MPa,同法打开氢气钢瓶(注意钢瓶表头的正面不许站人,以免万一表盘冲出伤人).3,按顺时针方向缓慢打开比表面仪面板上氮气稳压阀和氢气稳压阀至气体压力为0.1MPa.4---真理惟一可靠的标准就是永远自相符合4,将皂膜流量计与仪器面板上放空1口连接,将氮气阻力阀下方的1号拉杆拉出,测量氮气的流速,用氮气阻力阀调节氮气的流速为9ml/min,然后将1号拉杆推入.5,将皂膜流量计与仪器面板上放空2口连接,将氢气阻力阀下方的2号拉杆拉出,测量氢气的流速,用氢气阻力阀调节氢气的流速为36ml/min,然后将2号拉杆推入.6,打开比表面测定仪主机面板上的电源开关,调节电流调节旋钮至桥路电流为120mA,启电脑,双击桌面上Pioneer图标启动软件.观察基线.(二)测量工作1,将液氮从液氮钢瓶中到入保温杯中(液面距杯口约2cm,并严格注意安全),待样品管冷却后,用装有液氮的保温杯套上样品管,并将保温杯固定好.观察基线走势,当出现吸附峰,然后记录曲线返回基线后,击调零按钮和测量按钮,然后将保温杯从样品管上取下,观察脱附曲线.当桌面弹出报告时,选择与之比较的标准参数,然后记录(打印)结果(若不能自动弹出报告,则击手切按钮,在然后在谱图上选取积分区间,得到报告结果).重复该步骤平行测量三次,取平均值为样品的比表面积. 2.实验完成后,按顺序(1)关闭测量软件,(2)电脑,(3)将比表面仪面板上电流调节旋钮调节至电流为80mA后,关闭电源开关,(4)关闭氢气钢瓶和氮气钢瓶上的主阀门(注意勿将各减压阀和稳压阀关闭).(5)将插线板电源关闭.操作注意事项5---真理惟一可靠的标准就是永远自相符合1.比表面测定仪主机板上的粗调,细调和调池旋钮已固定,不要再动;2.打开钢瓶时,表头正面不要站人,以免气体将表盘冲出伤人;3.使用液氮时要十分小心,不可剧烈震荡保温杯,也不要将保温杯盖子盖紧;4.将保温杯放入样品管或者取下时动作要缓慢,以免温度变化太快使样品管炸裂;5.关闭钢瓶主阀时,不可将各减压阀关闭; 五:数据记录及处理:样品序号重量(mg)表面积(m2/g)峰面积(m2/g)标准样品70200样品1706---真理惟一可靠的标准就是永远自相符合199.241样品270198.646样品均值70198.944.5样品表面积的平均值为(199.241+198.646)/2=198.944m2/g相对误差为:(198.944-200.00)/200.00=-0.____)六,误差分析(1)调零时出现问题,出峰时,基线没有从零开始,然后处理不当;(2)取出装有液氮的保温杯时,基线还未开始扫描.7---真理惟一可靠的标准就是永远自相符合(3)脱附时温度较低,出现拖尾.通常认为滞后现象是由多孔结构造成,而且大多数情况下脱附的热力学平衡更完全.七,注意事项1,打开钢瓶时钢瓶表头的正面不许站人,以免表盘冲出伤人;2,液氮时要十分小心,切不可剧烈震荡保温杯也不可将保温杯盖子盖紧;2,注意开关阀门,旋纽的转动方向;3,钢瓶主阀时,注意勿将各减压阀和稳压阀关闭;4,测量时注意计算机操作:在吸附时不点测量按纽,当吸附完毕拿下液氮准备脱附时再点调零,测量,进入测量吸附量的阶段;5,严格按照顺序关闭仪器.6,BET公式只适用于比压约在所不惜.0.05-0.35之间,这是因为在推导公式时,假定是多层的物理吸附,当比压小于0.05时,压力太小,建立不起多层物理吸附,甚至连单分子层吸附也未形成,表面的不均匀性就显得突出;在比压大于0.35时,由于毛细凝聚变得显著起来,因而破坏了多层物理吸附平衡.。
传热学实验——中温辐射时物体黑度的测试
预习报告&实验报告实验名称中温辐射时物体黑度的测试姓名学号专业班级同组人员指导教师成绩教学实验2019 中温辐射时物体黑度的测试预习报告一、实验目的用比较法，定性地测量中温辐射时物体黑度ε。
二、原理概述由n 个物体组成的辐射换热系统中，利用净辐射法，可以求物体I 的纯换热量Q net.ii i b i nk F k i k eff i i e i abs i net F E dF dk E Q Q Q k.1,...)(εα-ψ=-=∑⎰= (1)式中：Q net.i ——i 面的净辐射换热量。
Q abs.i ——i 面从其他表面的吸热量。
Q e.i ——i 面本身的辐射热量。
εi ——i 面的黑度。
ψi (dk)——k 面对i 面的角系数。
E eff.k ——k 面有效的辐射力。
E b.i ——i 面的辐射力。
i α—— i 面的吸收率。
F i ——i 面的面积。
根据本实验的设备情况，可以认为： 1、传导圆筒2为黑体。
2、热源。
传导圆筒2。
待测物体（受体）3，它们表面上的温度均匀（图1）。
图一辐射换熱简图1—热源 2—传导圆筒 3—待测物体因此，公式（1）可写成：Q net.3=α3(E b.1 F 1ψi.3+ E b.2 F 2ψ2.3+ε3E b.3 F 3)因为F 1= F 3；α3=ε3；ψ3.2=ψ1.2 又根据角系数的互换性F 2ψ2.3= F 3ψ3.2 ，则：q 3=Q net.3/F 3=ε3(E b.1ψi.3+ E b.2ψ1.2)－ε3E b.3= ε3(E b.1ψi.3+ E b.2ψ1.2－E b.3) （2）由于受3与环境主要以自然对流方程换热，因此：q 3=d α(t 3－t f ) （3） 式中：d α——换热系数t 3——待测物体（受体）温度 t f ——环境温度由（2）、（3）式得：32.123.1133)(b b b f d E E E t t -ψ+ψ-=αε （4）当热源1和黑体圆筒2的表面温度一致时，E b1=E b2 ，并考虑到，体系1，2，3，为封闭系统，则：ψi.3+ψ1.2=1 由此，（4）式可写成：)T (T )t (t E E )t (t ε4341f 3b3b1f 33--=-=σαα （5）式中σb 称为斯蒂芬——玻尔茨曼常数，其值为5.7×10-8w/m 2k 4。
固体表面黑度的测定
傳熱學三級項目報告固體表面黑度の測定姓名：張凱利張志行鄭福鑫吳立軍婁家興邢增日課程名稱：傳熱學指導老師：張興中2013年12 月1 日目錄一、摘要 (3)二、前言 (4)三、項目報告正文 (5)3.1實驗設備介紹及實驗原理分析 (5)3.2實驗步驟介紹 (8)3.3實驗數據及實驗結果 (8)3.4實驗結果分析 (11)3.5實驗誤差分析 (12)四、總結 (12)五、參考文獻 (12)一﹑摘要通過傳熱學の學習，知道了實際物體の黑度是指實際物體の輻射力與同溫度下の黑體の輻射力の比值，與物體種類和表面狀態有關。
本實驗應用真空輻射法測定固體表面の黑度，首先設計一個已知長度和直徑の試件，將其放入另一物體の空腔內，並且空腔內不存在吸收熱輻射の介質（如空氣），該實驗為真空，通過電加熱彼此之間以輻射換熱方式進行熱交換，然後通過計算換熱量和調節試件外表面溫度，分析固體表面黑度隨溫度の變化規律。
二、前言本實驗の目の有三點：一是為了鞏固輻射換熱理論，二是掌握用真空輻射法測定固體表面黑度の試驗方法，三是分析固體表面黑度隨溫度の變化規律。
在輻射換熱理論中，黑體占有重要地位，黑度取決於物體の性質、物體の溫度、表面狀態、波長、方向等，通過本實驗の學習，更加深入地理解了輻射換熱理論，掌握了用真空輻射法測定固體表面黑度の方法。
本實驗根據已經有の實驗儀器，通過對電壓の調節，兩個小時進行一次數據記錄。
本實驗裝置中存在空氣泵，可以將管內の空氣抽幹淨，以保證在實驗過程中沒有導熱對實驗の影響。
實驗室要記錄兩個溫度和當時儀器の電壓和電流。
通過公式進行計算，在坐標圖上畫出曲線，以便分析不同溫度下對表面黑度の影響。
小組成員自己裝卸儀器，測量工件尺寸，記錄實驗數據，增強了動手能力，根據生活經驗和傳熱學知識，我們判斷固體表面の黑度隨溫度の升高呈現下降或波動趨勢。
三、項目報告正文3.1 實驗設備介紹及實驗原理分析本實驗采用真空輻射換熱法。
實驗設備由黑度測定分析儀本體及三個系統組成。
中温辐射时物体黑度测定
中温辐射时物体黑度测试实验报告一、实验目的（1）用比较法定性测量中温辐射时物体的黑度。
（2）通过理论计算的推导，巩固辐射换热的主要知识点。
二、实验原理确定物理黑度的辐射法是一种比较法，其基本原理为在相同的条件下比较一个辐射吸收面对被测试样和已知黑度的标准试样热辐射能的大小，从而求出被测试样的黑度。
物体表面的黑度是一个物性参数，其值取决于物体的性质（种类）、表面温度和表面状况。
各种实际物体的黑度大小不一，具体数值由实验确定。
如图1所示，在由3个物体组成的封闭系统中，利用净辐射法，可以求得物体3的净辐射换热量，进而求出待测物体的黑度。
物体3的净辐射换热量按下式计算3333,2222,11133A E X A E X A E b b b εα-+=Φ）（ （W ）图1 封闭系统 其中1,23,22,12,33331,,,X X X X A A ====εα；又根据 1.热源；2.传导腔体；3.待测物体（受体） 角系数的互换性有 2,333,22X A X A =，则)(/32,123,11333b b b E X E X E A q -+=Φ=ε （W/m 2）由于待测物体3在冷却时，与环境主要以自然对流方式换热，因此有)(33f t t h q -= （W/m 2）式中：h 为对流换热系数，）（K /W 2•m ；3t 为待测物体表面温度，℃；f t 为环境温度，℃。
由以上两式可得32,123,1133)(b b b f E X E X E t t h -+-=ε当热源1和传导腔体的表面温度一致时，21b b E E =，并考虑到热源1、传导腔体2、待测物体3为封闭系统，则12,13,1=+）（X X ；因此，上式可写成 )()()(434133133T T t t h E E t t h b f b b f --=--=σε式中：b σ为黑体辐射常数，)/(1067.5428-K m W b •⨯=σ；T 为黑体热力学温度，K 。
固体的热辐射·固体辐射能力及黑度
固体的热辐射·固体辐射能力及黑度温度大于绝对零度的任何固体表面都能发射波长连续的热辐射线。
发射热辐射线的区域是在距表面内边约0.03~0.1mm的厚度以内。
同样，对投入的辐射线也在表面附近吸收和反射，故绝大多数实际固体的透过率为零，但玻璃和石英则是例外，产们对可见光和近红外线几乎可全部透过，但对主要的红外线的吸收能力却是十分强的。
由于热射线主要位于这个区段，因此绝大多数固体可看作是对热的不透过体。
实际固体的单色辐射能力不服从普朗克定律，不同于黑体和灰体。
实际固体表面的黑度取决于物体性质、表面状况和表面温度。
实际固体表面在φ方向的辐射强度Iφ而变化。
对于某些非导体和表面磨光的金属在方向上的变化参见图3-10。
可见，对不光滑的表面，余弦定律适用于φ=0°~60°的范围内。
即Eφ不随φ而变，当φ＞60°时，Eφ减小，趋向于零(图中曲线1~3)。
在传热手册中，有的给出半球方向内黑度的平均值E，有的给出法线方向的黑度值E=0.96En，两者相差不大。
对于磨光了的金属面(如图中曲线4，5，6)可看到对余弦定律更显著的偏差，φ于30°—80°间，Eφ随φ的增加而加大，φ＞80°后，Eφ随φ增加而减少；趋向于零，在这类情况下，可以按E=1.2En计算。
各种材料的法向黑度(全波长的平均值)见表3-2。
用于加热炉的工程材料的黑度见表3-3。
从表3-2、表3-3可看出:(1)大部分非金属材料的黑度很高，如光滑的玻璃E＞0.9，红砖E=0.94。
(2)金属的黑度随表面的氧化程度和粗糙度而异，研磨光滑的钢，E=0.066，而氧化后达0.8。
(3)各种颜色的油漆包括白漆、水、雪的黑度很大，接近黑体。
中温辐射时物体黑度的测试
教学实验中温法向辐射率测量仪说明书上海绿兰教学仪器有限公司电话：一、实验目得用比较法,定性地测量中温辐射时物体黑度£。
二、原理概述由n个物体组成得辐射换热系统中，利用净辐射法，可以求物体I得纯换热量Q net, i⑴式中：Q net、i -------- i面得净辐射换热量。
Q ab S ―——i面从其她表面得吸热量。
Q e、i --------------- i面本身得辐射热量。
£i ―― i面得黑度。
书i（dk） - k面对i面得角系数。
E ef f、k——k面有效得辐射力。
E b、i——i面得辐射力。
――i面得吸收率。
Fi——i面得面积。
根据本实验得设备情况,可以认为：1、传导圆筒2为黑体。
2、热源。
传导圆筒2。
待测物体（受体）3,它们表面上得温度均匀（图1）_ 2 3图一辐射换熱简图1—热源2—传导圆筒3—待测物体因此，公式(1 )可写成：Q n e t、3=3 ( E b.1 F 1 i、3+ E b . 2 F2 书2、3+ £3 E b. 3 F 3) 因为F I= F3；3= £ 3 ；书3、2 =书1、2又根据角系数得互换性F2书2、3= F3书3、2 ,则：q3=Q net、3/F 3 = £3(E b、1 书i、3+ E b、2 书1、2)— £3 E b、3= £3 (E b、1^1、3+ E b、2 书1、2-E b、3)( 2 ) 由于受3与环境主要以自然对流方程换热，因此：q 3= (t3-t f) ( 3 ) 式中:——换热系数t3——待测物体(受体)温度t f 环境温度由(2)、(3)式得：(4)当热源1与黑体圆筒2得表面温度一致时，E b i = E b2 ,并考虑到，体系1 ,2,3, 为封闭系统,则：书i、3+ 书1、2 = 1由此，(4)式可写成：(5)式中(T b称为斯蒂芬——玻尔茨曼常数，其值为5、7 x 10-8w/m 2k4 o对不同待测物体(受体)a , b得黑度£为：设a a=a b,则：（6 ）当b为黑体时,& b〜1,（6）式可写成：（7）四、实验方法与步骤本实验仪器用比较法定性地测定物体得黑度,具体方法就是通过对三组加热器电压得调整（热源一组,传导体二组）,使热源与传导体得测量点恒定在同一温度上,然后分别将“待测”（受体为待测物体,具有原来得表面状态）与“黑体”（受体仍为待测物体,但表面薰黑）两种状态得受体在恒温条件下，测出受到辐射后得温度,就可按公式计算出待测物体得黑度。
固体表面黑度的测定
固体表面黑度的测定摘要：本实验是为了验证辐射换热理论，用真空辐射法测定固体表面黑度的实验方法分析固体表面黑度随温度的变化规律。
通过传热学的学习，知道了实际物体的黑度是指实际物体的辐射力与同温度下的黑体的辐射力的比值，与物体种类和表面状态有关。
本实验首先设计一个已知长度和直径的试件，将其放入另一物体的空腔内，并且空腔内不存在吸收热辐射的介质（如空气），该实验为真空，通过电加热彼此之间以辐射换热方式进行热交换，然后通过计算换热量和调节试件外表面温度，分析固体表面黑度随温度的变化规律。
1前言物体可按其辐射特性分为黑体、灰体和选择性辐射体三大类。
其中黑体是能发射全波段的热辐射，在相同的温度条件下，辐射能力最大。
在一定温度下，将灰体的辐射能力与同温度下黑体的辐射能力之比定义为物体的黑度，或物体的发射率，用ε表示。
物体表面的黑度与物体的性质、表面状况和温度等因素有关，是物体本身的固有特性，与外界环境情况无关。
通常物体的黑度需实验测定。
在应用科学中，常把吸收系数接近于1的物体近似的当作黑体（实际物体的辐射与同温度下的黑体的辐射力之比）。
实验的目的是为了巩固辐射换热理论，掌握用真空辐射法测定固体表面黑度的试验方法，分析固体表面黑度随温度的变化规律。
实验要记录两个温度和当时仪器的电压和电流，用其乘积来作为辐射换热量。
通过公式进行计算，在坐标图上画出曲线，以便分析不同温度下对表面黑度的影响（ε 2 =0.6）。
我们判断固体表面的黑度随温度的升高呈现波动趋势。
2实验原理当一物体放在另一物体的空腔内，且空腔内不存在吸收辐射换热的介质时（如空气），彼此以辐射换热方式进行热交换，其辐射换热量由下式计算：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-=⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫⎝⎛411212211441012100100εεF F T T F C Q式中F1--试件外表面积（m2）F2--外壳内表面积（m2）C 0--黑体辐射系数，C=5.67W/Km 42T 1T2--分别为试件外表面和外壳内表面的绝对温度，Kεε21--分别为试件外表面和外壳内表面的黑度当F 1F2已知，由实验测得T 1T2和Q12则ε1可由下面公式算出⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛112-11/2211244101100100εεF F Q T T F C I U Q.12=为了研究试件表面黑度ε1随温度T1的变化关系，必须测量不同温度下的黑度值。
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西安交通大学实验报告
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8.5 固体表面法线方向黑度测定实验
一、实验目的
(1) 测定固体表面法线方向黑度，进而推算出半球平均黑度 (2) 了解实验原理及实验装置，掌握误差分析方法 二、实验装置与原理
法向黑度定义：材料在一定温度下沿法线方向的定向辐射强度与黑体在相同温度下沿法线方向的定向辐射强度的比值。
实验装置可近似看作由待测面1、恒温壁腔2和接收器吸热面3组成的封闭系统。
假定2、3为黑体，利用能量“差额”发，物体3的将辐射换热量为 Φnet,3=Φin,3−Φeff,3 (1) =ε1E b1A 1X 13+ρ1E b2A 2X 21X 13+ρ1E b3A 3X 31X 13+E b2A 2X 23−E b3A 3
假设，T 1,T 2相差不是很大，择优ΔT =T 2−T 3≪1，利用角系数的相对性、完整性公式和考虑到X 13≪1，可将式(1)简化为
Φnet,3=ε1A 1X 13σ0(T 14−T 24)−σ0A 3(4T 24
ΔT) (2)
稳态条件下，接收器吸热面3的净辐射热能与热损相等，即
Φnet,3=ℎΔT 接收器的输出电势ϕ=KΔT （
K 为比例常数），那么输出电势可写为：
ϕ=ε1M(T 14−T 24
)
(3)
实验名称
式中M =
KA 1X 13σ0
ℎ+4σ0A 3T 2
3
同理，若在待测面上放置人工黑体，则输出电势为：
ϕst =εst M(T 14−T 24
) (4)
结合(3)式与(4)式，可得：ε1=
ϕϕst
εst ，令εst =1，则ε1=
ϕϕst
三、误差分析
由于εn =
ϕ
ϕst εst
，因此εn 的测量误差为：
Δεn =√(ðεn ðϕ)2Δϕ2+(ðεn ðϕst )2Δϕst 2
+(ðεn ðεst
)2
Δεst 2 =√(
εst ϕst
)2
Δϕ2+(ϕε
n ϕst
2)2
Δϕst 2
+(ϕ
ϕ
st1
)2
Δεst 2 (5)
Δεst ——所取人工黑体的有效黑度与其真实黑度的绝对差值，人工黑体的高径比1.92，
设筒内壁ε=0.8，则Δεst =0.028
Δϕst =Δϕst1+Δϕst2
Δϕst1——人工黑体与待测试温度不同而引起的误差，假定温度相差1℃，由实验测得ϕst 、ϕst1，可求得Δϕst1
Δϕst2、Δϕ——仪表误差，此电压表的量程200mV ，因此误差等于“测量读数×0.005%+1.0μV ” 四、附录 1. 实验数据
2. 实验结果
εn =
ϕϕst =14.018.07
=0.775 3. 误差分析
Δϕ=14.0μV ×0.005%+1.0μV =1.0007μV Δϕst2=18.07μV ×0.005%+1.0μV =1.0009μV Δϕst1
=ϕst1−ϕst T 1′−T 1×1℃=21.0μV −18.07μV 60.4℃−55.87℃
×1℃=0.6468μV
Δϕst =Δϕst1+Δϕst2=0.6468μV +1.0009μV =1.6477μV
根据误差公式(5)
Δεn=√(εst
ϕst
)
2
Δϕ2+(
ϕεn
ϕst2
)
2
Δϕst2+(
ϕ
ϕst1
)
2
Δεst2
其中
εst=1,ϕst=18.07μV,Δϕ=1.0007μV,
ϕ=14.0μV,ϕst=18.07μV,Δϕst=1.6477μV,
ϕ=14.0μV,ϕst1=21.0μV,Δεst=0.028可得
Δεn=√(
1
18.07
)
2
×1.00072+(
14.0×0.775
18.072
)
2
×1.64772+(
14.0
21.0
)
2
×0.0282=0.08008
所以，相对误差δ=Δεn
εn
×100%=10.33%
4. 思考题
能否认为法向黑度εn近似等于半球平均黑度ε？
可以，虽然半球各个方向的定向发射率并不相等，但在法线两侧很大一部分角度，定向发射率与法线方向几乎相等，故可以认为近似相等。