7热辐射的基本概念
传热学第七章
由黑体辐射函数表可查得
Fb(0−λ1 ) = 9.94% 可见光所占的比例为
Fb(0−λ2 ) = 54.59%
Fb(λ1−λ2 ) = Fb(0−λ2 ) − Fb(0−λ2 ) = 44.65%
华北电力大学
刘彦丰
传热学 Heat Transfer
被物体吸收、反射和透射的部分所占总投射辐
射的份额分别称为吸收比α、反射比ρ 和透射比τ 。
α = Gα G
华北电力大学
ρ = Gρ G
τ = Gτ G
α +ρ+τ =1
刘彦丰
传热学 Heat Transfer 3、镜反射和漫反射
视物体表面状况（平整程度）和投入辐射的波 长，表面的反射又分为镜反射和漫反射。
dA cosθ
华北电力大学
n θ
dA
p
可见辐射 面积
刘彦丰
传热学 Heat Transfer
(3) 定向辐射强度
是指单位时间内在空间指定方向的单位立体角内
离开表面单位看见辐射面积的全波段辐射能量。
用符号 L(θ )表示。
L(θ ) = dΦ(θ ) W/(m2 ⋅sr)
dA cos θdΩ
n
dΦ(θ )
如果仅考虑某特定
θ
p
波长的辐射，那么相应
可见辐射
的量被称为定向光谱辐
面积
射强度 L(λ,θ ) 。
dA
华北电力大学
刘彦丰
传热学 Heat Transfer
(4) 定向辐射力
是指单位时间、单位辐射面积向空间指定方向
所在的单位立体角内发射的全波段辐射能量。用
传热学-第七章热辐射基本定律及物体的辐射特性
在单位立体角内发射的一切波长的能量，参见图8-10。 d( , ) L( , ) dA cos d (6) Lambert 定律(黑体辐射的第 三个基本定律)
d( , ) L cos dA d
第八章 热辐射基本定律和辐射特性 24
本节中，还有几点需要注意
1. 将不确定因素归于修正系数，这是由于热辐射非常复杂，
很难理论确定，实际上是一种权宜之计； 2. 服从Lambert定律的表面成为漫射表面。虽然实际物体的 定向发射率并不完全符合Lambert定律，但仍然近似地认 为大多数工程材料服从Lambert定律，这有许多原因；
3. 物体表面的发射率取决于物质种类、表面温度和表面状况。
这说明发射率只与发射辐射的物体本身有关，而不涉及外
界条件。
第八章 热辐射基本定律和辐射特性 25
§8-4
实际物体对辐射能的吸收与辐射的关系
上一节简单介绍了实际物体的发射情况，那么当外界 的辐射投入到物体表面上时，该物体对投入辐射吸收 的情况又是如何呢？本节将对其作出解答。
1
0
( , T1 ) b ( , T2 ) Eb (T2 )d
0
b ( , T2 ) Eb (T2 )d
0
( , T1 ) Eb (T2 )d
0
Eb (T2 )d
T24 f (T1 , T2 , 表面1的性质)
图8-19给出了一些材料对黑体辐射的吸收比与温度的关系。
第八章 热辐射基本定律和辐射特性
21
对应于黑体的辐射力Eb，光谱辐射力Eb和定向辐射强度L， 分别引入了三个修正系数，即，发射率，光谱发射率( )和定 向发射率( )，其表达式和物理意义如下 实际物体的辐射力与 黑体辐射力之比: 实际物体的光谱辐射 力与黑体的光谱辐射 力之比： 实际物体的定向辐射 强度与黑体的定向辐 射强度之比：
热的辐射与吸收
热的辐射与吸收热辐射是一种能量传播方式，它是由物体因高温而散发出的电磁波，可以被其他物体吸收或反射。
热辐射在日常生活中扮演着重要的角色，我们可以通过了解热辐射及其吸收的原理来更好地理解和应用这一现象。
一、热辐射的基本概念与特性热辐射是任何温度高于绝对零度（-273.15°C）的物体所发射的电磁波。
根据物体的温度，热辐射的波长范围也不同。
根据斯特藩-玻尔兹曼定律，热辐射功率与物体的温度的四次方成正比。
这意味着随着温度的升高，物体释放的热辐射能量也将大幅增加。
热辐射具有以下几个主要特性：1. 热辐射是一种电磁波，其能量传播不需要介质。
这与传导和对流传热方式有明显的差异。
2. 热辐射的能量传播速度是光速，即299,792,458米/秒，快于传导和对流传热。
3. 热辐射的强度与物体的表面特性有关，如反射率、吸收率和发射率。
4. 所有物体都能辐射热能，不论温度高低。
但是，只有温度高于绝对零度的物体才能辐射可见光。
二、热辐射的吸收与发射热辐射的吸收和发射是密切相关的。
根据基尔霍夫定律，一个物体在吸收热辐射时，其吸收率与其发射率相等。
这意味着对于一个处于热平衡的物体，吸收的辐射功率等于发射的辐射功率。
不同物体对热辐射的吸收率和发射率有所差异，这取决于其材料特性和波长。
黑体是一种理想化的物体，其吸收率和发射率均为1，即吸收和发射辐射功率最大。
一般的物体则具有较低的吸收率和发射率，这意味着它们对热辐射的吸收和发射能力较弱。
随着物体温度的升高，其热辐射的集中波长也会有所变化。
根据斯特藩-玻尔兹曼定律，随着温度的升高，热辐射的主导波长将向短波方向移动。
这也解释了为什么高温下物体散发出的光是蓝色或白炽的，而较低温度下物体的光呈现红色。
三、热辐射与能量平衡热辐射在能量平衡中起着重要作用。
物体吸收热辐射会增加其能量，而物体的发射则会使其能量降低。
一个物体在达到热平衡状态时，吸收和发射的热辐射功率处于平衡状态。
热辐射的能量平衡对于理解地球能量平衡和气候变化至关重要。
传热学第七章
C : 电磁波传播速度
在真空中，C 3 108 m / s 在大气中，略低于此值
第七章 辐射传热
第一节 基本概念 一、热辐射的本质
3、波长范围（如图7-1所示）
图7-1 电磁波谱
第七章 辐射传热
第一节 基本概念 一、热辐射的本质
3、波长范围（如图7-1所示）
（1）热辐射产生的电磁波称为热射线。从理论上讲，其波长 包括整个电磁波谱，即波长从零到无穷大。 （2）实用中，通常把波长在0.1～100μm范围内的电磁波称为 热射线。它包括部分紫外线、全部可见光和部分红外线： ①部分紫外线（0.1～0.38μm） 热射线（0.1～100μm） ②全部可见光（0.38～0.76μm） ③部分红外线（0.76～100μm）
第七章 辐射传热
第一节 基本概念 五、黑体、白体和透明体
1、理想模型 （1）把吸收比α=1的物体称为绝对黑体，简称黑体。 （2）把反射比ρ=1的物体称为绝对白体，简称白体。
（3）把透射比σ=1的物体称为绝对透明体，简称透明体
※ 黑体、白体、透明体都是理想模型，
是理论研究的基础，自然界中并不存在。
第七章 辐射传热
第七章 辐射传热
第二节 黑体辐射的基本定律 二、普朗克定律
⑤当黑体的T＞800K时，其辐射能中才明显地具有波长为 0.38～0.76μm的可见光射线。
※随着温度的升高，可见光射线增加。
※当温度达到5800K时，Ebλ的峰值才位于可见光范围。 ※太阳可近似认为是表面温度为5800K的黑体，根据计算，
图7-3 物体表面的反射 a)镜面反射；b）漫反射
第七章 辐射传热
第一节 基本概念 四、漫射表面
1、当物体表面较光滑，其粗糙不平的尺度小于热射线的波长时， 物体表面对投射辐射呈镜面反射，入射角等于反射角，该表 面称为镜面，如图7-3a)所示。 2、当物体表面粗糙不平的尺度大于热射线的波长时，物体表面 对投射辐射呈漫反射，其吸收比大于镜面，该表面称为漫反 射表面，如图7-3b)所示。 ※一般工程材料的表面均可近似作为漫反射表面。 3、若漫反射表面同时能向周围半球空间均匀发射辐射能，则称 该表面为漫射表面。
新教材苏教版五年级上册科学第七课《热辐射》 教学设计(含教学反思)
第二单元热传递7.热辐射【主要概念】机械能、声、光、电、热、磁是能量的不同表现形式。
【涉及课标】6.3热可以改变物质的状态，以不同方式传递，热是人们常用的一种能量表现形式。
6.3.3热可以在物体内和物体间传递，通常热从温度高的物体传向温度低的物体。
5---6年级：●说出生活中常见的热传递的现象，知道热通常从温度高的物体传向温度低的物体。
●举例说明影响热传递的主要因素，列举它们在日常生活和生产中的应用。
【教材分析】本课是《热传递》单元的第三课，是继“热传导”、“热对流”之后，引导学生认识热量的另外一种特殊传递方式——热辐射。
教材通过四个活动帮助学生掌握热辐射的概念：一是感知生活中热辐射形式的存在，让学生初步了解还有一种与热传导、热对流不同的传热形式——热辐射，教材呈现了两个常见的生活场景，可以根据实际情况选择合适的场景进行模拟感受。
二是制作“简易太阳能灶”，让学生通过动手制作进一步了解热辐射受哪些条件影响，同时培养对工程技术的研究兴趣。
三是借助生活中常见工具让学生理解很多情况下热传递的方式并不是单一的，而是多种方式同时存在的。
第四个活动是在活动三的基础上，让学生根据实际场景独立分析三种传热方式有哪些异同，并借助思维导图的形式呈现分析结果，这个活动既能让学生在寻找相同与不同中加深对三种传热方式的理解，也能培养学生思维的逻辑性和深刻性。
【学情分析】五年级学生对于热的传递不仅有生活经验，还有一定的认知基础，在四年级学习了《冷和热》知识，强调运用实验观察的方法，掌握温度的概念，知道温度变化可以使物体产生体积和形态的变化。
因此对于热学知识，在小学阶段学生经历了“进阶”的学习过程。
此外，通过本单元的学习能强化学生对“物质是运动的”这一核心观点的理解，在前期从宏观层面学习机械运动的基础上，本单元学生借助一些表象来了解微观运动，为初中学习分子热运动提供了丰富的认知基础。
【教学目标】1.通过“模拟小火炉”、“模拟真空环境”的热的传递实验，知道热辐射是热传递的一种方式。
第章热辐射及辐射传热_图文
1、角系数的相对性
两个黑体表面间进行辐射换热，表面1辐射 到表面2的辐射能为A1Eb1X1,2，表面2辐射到表面 1的辐射能为A2Eb2X2,1，两黑体表面间的净辐射 换热量为：
当T1=T2时，净辐射换热量为零，即Eb1=Eb2 则两个表面间角系数的相对性的表达式 ：
黑体辐射函数
定义：在0~λ的波长范围内黑体发出的辐射能在其 辐射力中所占份额，Fb(0~λ) 。
将Ebλ用普朗克定律代入得：
波段辐射力:
在λ1~λ2的波长范围黑体的波段 辐射函数为：
黑体辐射函数
四、 Lambert 定律
可以证明： 黑体辐射的定向辐射强度与方向无关。
定向辐射强度的定义图
它说明黑体的定向辐射力随天顶角呈余弦 规律变化。 Lambert定律也称为余弦定律。黑体
热射线：
紫外线0.1~0.38μm 可见光0.38~0.76μm 红外线0.76~1000μm
近红外线0.76~1.4μm 中红外线1.4~3.0μm 远红外线3.0~1000μm
工业上一般物体(T<2000K) 热辐射的大部分能量的波长 位于0.76~20μm。 太阳辐射：0.1~20μm 约定：除特殊说明，以后论 及的热射线都指红外线。
图5-6 黑体模型
黑体性质
黑体吸收能力最强，α=1 黑体的辐射能力也最强，ε=1 黑体表面是漫发射表面
自然界中，真正的黑体不存在，但是吸收 能力很强的物体也存在，烟炱和黑丝绒
烟炱
烟炱是指从烟囱分离下来的或被烟道气冲刷出来而后落到烟囱周围地区的 煤烟。烟炱的粒径一般小于0.5μm，甚至小于0.1μm。其成分中50%是碳 （即炭黑）。由于它有很大的表面积，在大气中能被氧化，或表面积吸附 了气体污染物（如二氧化硫、氮氧化物等）起催化氧化的作用。这种炭黑 颗粒对二氧化硫和氮氧化物的催化氧化作用要比气相氧化作用分别高100 倍和10倍。在重油锅炉的烟道气中含烟炱200-300mg/m3，在炉排上烧煤 的煤炉中，因燃烧条件差，有更多的烟炱生成。烟炱可作炭黑生产，用于 颜料、墨、油墨、油漆工业，也广泛用于橡胶的补强剂。
名词解释-热辐射
名词解释-热辐射
热辐射是一种通过电磁波传递热能的物理现象。
在任何温度下，所有物体都会向周围发射电磁辐射，这些辐射包括可见光、红外线、紫外线、X射线等等，这就是热辐射现象。
其中，可见光是人眼可见的形式，其他类型的电磁辐射则需要使用特殊工具或设备才能检测到。
热辐射的强度取决于物体的温度。
发射辐射的物体温度越高，热辐射就越强烈。
相反，发射辐射的物体温度越低，热辐射就越微弱。
这也是为什么太阳和火炉等高温物体的热辐射较强，而人体或其他低温物体的热辐射较弱。
另外，热辐射的强度也受到物体表面积和距离的影响。
当物体表面积较大时，其辐射强度也会相应增加。
当两个物体的距离靠近时，热辐射的强度也会增加。
热辐射在很多领域都有着广泛的应用。
在工业上，热辐射被利用在烤炉、加热器和热处理设备等领域。
人们在烹饪、烧烤和烟熏食品时，热辐射也是至关重要的过程。
在太空技术中，热辐射是控制航天器和卫星温度的重要手段。
还有一些医学应用，例如利用红外线的热辐射技术来治疗某些疾病。
总体来说，在生活和工业中，热辐射是一种非常重要的现象，人们需要理解和掌握热辐射的基本原理和应用，以解决各种与热相关的问题。
《传热学》名词解释总结——考试专用
————————————第一章—————————————1）热量传递的动力：温差2）热量传递的三种基本传递方式：导热，热对流，热辐射3）导热：单纯的导热发生在密实的固体中4）对流换热：导热+热对流5）辐射换热：概念：物体间靠热辐射进行的热量传递过程称为辐射换热；特点：伴随能量形式的转换（能-电磁波能-能），不需要直接接触，不需要介质，只要大于0k就会不停的发射电磁波能进行能量传递（温度高的大）。
6）温度场：是指某一时刻空间所有各点的温度的总称7）等温面：同一时刻，温度场中所有温度相同的点连接所构成的面等温线：不同的等温线与同一平面相交，则在此平面上构成一簇曲线称（注：不会相交不会中断）8）温度梯度：自等温面上一点到另一个等温面，以该点的法线温度变化率最大。
以该点的法线方向为方向，数值也正好等于这个最大温度变化率的矢量称为温度梯度gradt(正方向朝着温度增加的方向)9）热流密度：单位时间单位面积上所传递的热量称为热流密度10）热流矢量：等温面上某点，已通过该点最大的热流密度的方向为方向，数值上也正好等于沿该方向热流密度的矢量称为热流密度矢量（正方向高温指向低温）11）傅里叶定律：适用于连续均匀和各项同性材料的稳态和非稳态导热过12）导热系数比较：金属大于非金属大于液体大于气体，纯物质大于含杂质的。
13）导热系数变化特点：气体随温度升高而升高，液体随温度升高而下降，金属随温度升高而下降，非金属保温材料随温度升高而升高，多孔材料要防潮。
14）导热过程完整的数学描述：导热微分方程+单值性条件。
15）单值性条件：几何条件（大小尺寸）+物理条件（热物性参数+热源有无等）+时间条件（是否稳态）+边界条件16）边界条件：第一类边界条件：已知任何时刻物体边界面上的温度值第二类边界条件：已知任何时刻物体边界面上热流密度第三类边界条件：已知边界面周围流体温度t和面界面与流体之间的表面传热系数h 17）热扩散率：a，表示物体被加热或被冷却时，物体部各部分温度趋向均匀一致的能力。
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4
5.67 10 8 W/(m 2 K 4 ), 黑体辐射常数
T - -黑体表面绝对温度, K
二、普朗克定律
Eb f (T , )
E b
(1) 温度愈高，同一波长下的光 -16 Wm2 ; 谱辐射力愈大； C 1—普朗克第一常数，C1= 3.742×10
-2 mK。 C — 普朗克第二常数， C = 1.439 × 10 2 2 (2) 在一定的温度下，黑体的光
（1） 多数情况下，辐射传热是一个表面物理过程。
（2） 辐射传热不需要中间介质，可以在真空中传播。 （3） 辐射传热过程存在能量形式的转换。 热能→电磁能 电磁能→热能
二、物体辐射能量的表示
1.辐射力E：单位时间内，物体的单位表面积向半球空间所有方向辐射出去 的全部波长的能量总和 。 单位：W/m2 2.光谱辐射力E:单位时间内，物体单位表面积向半球空间所有方向辐射的 从到+d的单位波长的辐射能，单位W/m3（ W/m2 . m， W/m2 . μm ）。
三、吸收、反射和透射
1、投射辐射G
单位时间内外界投射到物体单位表面积上的辐射能。单位W/m2 。
2、吸收比、反射比和透射比
G G G G
G G G 1 G G G
1
任何物体:
1
大多数固体和液体: 气体:
1
传热学
热辐射的基本概念 黑体辐射的基本定律
一、热辐射的定义和特点
辐射：物体向外发射电磁波的过程。 热辐射：物体由于热的原因向外发射电磁波的过程。 物体温度高于绝对零K。 辐射传热：物体间相互辐射和吸收的净能量交换过程。
热射线波长范围：0.1~100μm
可见光波长范围：0.38~0.76μm
辐射传热的特点：
e C2 / T 1
C1
5
谱辐射力随波长的增大连续变 化 , 先增大再减小，并在某一波 长max下具有最大值； (3) 随着温度的升高，光谱辐射力取得最大值的波长max减小， 即在坐标中的位置向短波方向移动。
λmax与T的关系由Wien位移定律给出：
maxT 2897 .6 m K 2900 m K
练 习
1. 用文字表述黑体光谱辐射力的分布规律。
2. 一黑体表面温度为207℃，计算：
（1）其表面的辐射力； （2）该黑体哪个波长的光谱辐射力最大？
3.黑体的定向辐射力在空间不同方向是怎么分布的？
再见！
三、兰贝特定律
黑体的辐射能在空间上的分布遵循兰贝特（ Lambert ）定律，若用定向 辐射力来表示，其关系为
Eθ En cos
辐射能在空间上的分布遵循兰贝特定律的表面称为漫发射表面。 漫发射表面对于投入辐射的反射（漫反射）也是按照兰贝特定律分布的。 对于漫射表面：
E En
例题：
试分别计算温度为2000K和5800K的黑体的最大光谱辐射力所对应的波长。 解：应用Wien位移定律 T=2000K时 max=2.910-3/2000=1.45 m T=5800K时 max=2.910-3/5800=0.50 m 常见物体最大辐射力对应的波长在红外线区 太阳辐射最大辐射力对应的波长在可见光区
E E d
0
二、物体辐射能量的表示
3.定向辐射力Eθ：单位时间内，物体的单位表面积向半球空间指定方向单位 立体角内所发射的全部波长的辐射能。 单位：W/(m2 sr)
半球空间
2r 2 Ω 2 2 r
辐射力与定向辐射力的关系
dAc dΩ 2 r
E
2
E d
1
吸收比 = 1的物体称为（绝对）黑体。3、镜反射和漫反射
(a)镜反射
(b)漫反射
注：除了经特殊处理的金属表面， 大部分工程材料均可视为漫反射表面。
四、黑体辐射的基本定律
1、斯忒藩-玻耳兹曼定律（四次方定律）
黑体辐射的辐射力与温度的关系遵循斯忒藩-波尔兹曼定律：
T Eb T 5.67 100