热传学培训课件-7、辐射换热讲义
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第八章--辐射换热PPT课件
（4）辐射能和温度有关。当温度较低时，可见光所 占分额很少（<800K无颜色变化），但随着T的升高， 所占分额有所升高，若是太阳辐射，辐射能在可见 光区所占分为很大。
21
一般情况下，T≤800K时，物体的颜色变化是 看不见的（无可见光），此时均在红外谱区。
加热金属，T↑，颜色将由从暗红色→鲜红色→桔红色→白炽色。（根据颜色的 变化，炉钢工人就能知道炉内的大体温度）
13
例如：雪，对太阳能辐射具有很好的反射能力，但对于其它的热射线，吸收率 非常高，可达0.98左右。
所以决定对射线的吸收和反射有重大影响的是物体的表面状况，而不是它的 颜色。（针对工程上遇到的温度）
14
第二节 黑体辐射
一、黑体模型
1. 黑体：
•能够全部吸收各种波长辐射能的物体，称黑体。黑体表面的辐射属于漫反射。
4
在 这一温度范围内 ，热射线波长在 0.38～ 100μm之间，可见光 0.38～ 0.76μm，比重不大，如果太阳辐射包括在内，则为0.1～100μm，按照不同 的波长范围，电磁波可分为许多区段，每个区段有相应的名称。
5
热辐射线组成：部分紫外线、可见光以及红外线。 从图中可以看出，热辐射线分布中，红外线占优。反过来说，在某一具体 热辐射中，热辐射不一定也是占优的（看温度大小）
2. 黑体的性质
a. 黑体能够吸收任何波长，任何方向的全部投射辐射。 b. 吸收能力最大的黑体也一定具有最大的辐射能力。 c. 黑体的吸收和辐射能力是温度和波长的函数。
16
二、几个定律 在介绍几个定律之前，先介绍二个基本概念
1. 全辐射力（辐射力）E（本身辐射） 物体在单位时间内单位表面积向周围的半球空间所有方向发射全部波长的辐
Eb
21
一般情况下，T≤800K时，物体的颜色变化是 看不见的（无可见光），此时均在红外谱区。
加热金属，T↑，颜色将由从暗红色→鲜红色→桔红色→白炽色。（根据颜色的 变化，炉钢工人就能知道炉内的大体温度）
13
例如：雪，对太阳能辐射具有很好的反射能力，但对于其它的热射线，吸收率 非常高，可达0.98左右。
所以决定对射线的吸收和反射有重大影响的是物体的表面状况，而不是它的 颜色。（针对工程上遇到的温度）
14
第二节 黑体辐射
一、黑体模型
1. 黑体：
•能够全部吸收各种波长辐射能的物体，称黑体。黑体表面的辐射属于漫反射。
4
在 这一温度范围内 ，热射线波长在 0.38～ 100μm之间，可见光 0.38～ 0.76μm，比重不大，如果太阳辐射包括在内，则为0.1～100μm，按照不同 的波长范围，电磁波可分为许多区段，每个区段有相应的名称。
5
热辐射线组成：部分紫外线、可见光以及红外线。 从图中可以看出，热辐射线分布中，红外线占优。反过来说，在某一具体 热辐射中，热辐射不一定也是占优的（看温度大小）
2. 黑体的性质
a. 黑体能够吸收任何波长，任何方向的全部投射辐射。 b. 吸收能力最大的黑体也一定具有最大的辐射能力。 c. 黑体的吸收和辐射能力是温度和波长的函数。
16
二、几个定律 在介绍几个定律之前，先介绍二个基本概念
1. 全辐射力（辐射力）E（本身辐射） 物体在单位时间内单位表面积向周围的半球空间所有方向发射全部波长的辐
Eb
第7章 辐射换热
实际物体的辐射力
实际物体的辐射力E总是小于同温度下黑体的辐射力Eb，两者的比值称为实 际物体的发射率（黑度），记为 ������
∞ ������ ������ d������ 0 ������ ������������ ������������ ������ 4
������ ������ = = ������������
射范围内具有近似灰体的性质。
7.3 角系数
两个表面之间的辐射换热量与两个表面之间的相对位置有很大关系
（一）定义 表面1发射出的辐射能Q1落到表面2上的 百分数，即表面1直接投射到表面2上的 能量，占表面1辐射能量的百分比，称 作表面1对表面2的角系数，记作X12
X 12
表面1对表面2的投入辐射 表面1的总辐射能
������ 100
4
常用材料的发射率一般通过实验测定。 P151表7-1给出了常用材料的发射率
（三）基尔霍夫定律
在辐射换热计算中，不仅要计算物体本身发射出去的辐射，还要计算物体 对投来辐射的吸收。物体的辐射与吸收之间有什么内在的联系？
黑体空腔
热平衡状态下，物体1的收支必须相等，即
������1 ������������ = ������1
比值，与物性无关而仅取决于温度，恒等于同温度下黑体的辐射力。
������ = ������ ������ = ������������
热平衡时，任意物体对黑体投入辐射的吸收比等于同温度下该物体的发射率。
上述结论具有以下限制条件： （1）整个系统处于热平衡状态；
（2）投射辐射源必须是同温度下的黑体。 吸收比
������������ ������ = 2.8976 × 10−3 mK ≈ 2.9 × 10−3 mK
辐射换热网络法ppt课件
34
思考题？
两个相距1m、直径为2m 的平行放置的圆盘，相 对表面的温度分别为t1=500℃，t2=200℃，发射 率分别为ε1=0.3 及ε2=0.6，圆盘的另外两个表面 的换热略而不计，两圆盘被置于一绝热空腔中。 圆盘表面分别为1，2，第三表面计为3，已知 X1,2=X2,1=0.38，试确定每个圆盘的净辐射换热量。 （要求画出网络图）
A1 X 1,2
J2
E A 2 2
b2
1
1
A1 X 1,3
A 2 X 2,3
节点1：
J3 1 3
A3 3
Eb3 节点2：
Eb1J1
11
J2 J1 1
Eb3J1 1
0
A1 1
A1X1,2 A1X1,3
16
Eb2J2
12
J1J2 1
Eb3J2 1
0
A2 2 A1X1,2 A2X2,3
两特殊情形：2）一表面绝热。
1 1
1
E A1 1
b1
J1
A1 X 1,2
J2
1 2 A 2 2
Eb J 1
A
Eb2
1 A1 X 1,3
J3
1 A 2 X 2,3
1 3 A3 3
Eb3
表面3绝热
17
两特殊情形：2）一表面绝热。
1 1
1
Eb1 A 1 1 J1
A1 X 1,2
J2
1 A1 X 1,3
1 A 2 X 2,3
1 2 A2 2
9
3.2三个漫灰表面系统的辐射网络法
A3T33 A1T11
A2T22
10
3.2三个漫灰表面系统的辐射网络法
A3T33
思考题？
两个相距1m、直径为2m 的平行放置的圆盘，相 对表面的温度分别为t1=500℃，t2=200℃，发射 率分别为ε1=0.3 及ε2=0.6，圆盘的另外两个表面 的换热略而不计，两圆盘被置于一绝热空腔中。 圆盘表面分别为1，2，第三表面计为3，已知 X1,2=X2,1=0.38，试确定每个圆盘的净辐射换热量。 （要求画出网络图）
A1 X 1,2
J2
E A 2 2
b2
1
1
A1 X 1,3
A 2 X 2,3
节点1：
J3 1 3
A3 3
Eb3 节点2：
Eb1J1
11
J2 J1 1
Eb3J1 1
0
A1 1
A1X1,2 A1X1,3
16
Eb2J2
12
J1J2 1
Eb3J2 1
0
A2 2 A1X1,2 A2X2,3
两特殊情形：2）一表面绝热。
1 1
1
E A1 1
b1
J1
A1 X 1,2
J2
1 2 A 2 2
Eb J 1
A
Eb2
1 A1 X 1,3
J3
1 A 2 X 2,3
1 3 A3 3
Eb3
表面3绝热
17
两特殊情形：2）一表面绝热。
1 1
1
Eb1 A 1 1 J1
A1 X 1,2
J2
1 A1 X 1,3
1 A 2 X 2,3
1 2 A2 2
9
3.2三个漫灰表面系统的辐射网络法
A3T33 A1T11
A2T22
10
3.2三个漫灰表面系统的辐射网络法
A3T33
《传热学辐射换热》PPT课件
对于平面和凸面： Fii 0
对于凹面：
Fii 0
31
(3) 完整性
对于有n个外表组成的封闭系统，据能量守恒可得:
Q i Q i 1 Q i 2 Q i i Q i N
Q i1Q i2 Q ii Q iN 1
Q i Q i
Q i
Q i
N
F ij F i1 F i2 F ii F iN 1
即
G G
所吸收的波长为的投射辐射，w/m2 波长为的投射辐射，w/m2
1G G 10
E d ,T1 ,T2 b,T2
E d 0 ,T2 b,T2
?
黑体
1
E d 0 ,T1 b,T2 T24
?
24
基尔霍夫定律 〔吸收率与辐射率之间的关系〕
1859年，Kirchhoff 用热力学方法答复了这个问题，从而提出了 Kirchhoff 定律。最简单的推导是用两块无限大平物体，参数分别为Eb, T1 以 及E, , T2，那么当系统处于热平衡时，有
QEAJA 1
因为： E Eb 所以有：QEb1AJAE1bJ
A
外表辐射 热阻
35
5.1 辐射换热热阻
〔2〕空间辐射热阻
Eb Eb
J JJ1 J1
J2 J2
1 1 A A
11 A1F12 A1F12
物体外表1辐射到外表2的辐射能为
Q 12J1A 1F 12
物体外表2辐射到外表1的辐射能为
Q 21 J2A 2F 21
右图是根据上式描绘的黑体单色辐 射力随波长和温度的关系。
m与T 的关系由Wien偏移定律给
出 m T 2 .8 9 6 1 0 3m K
到达最大单色辐射力时的波长
对于凹面：
Fii 0
31
(3) 完整性
对于有n个外表组成的封闭系统，据能量守恒可得:
Q i Q i 1 Q i 2 Q i i Q i N
Q i1Q i2 Q ii Q iN 1
Q i Q i
Q i
Q i
N
F ij F i1 F i2 F ii F iN 1
即
G G
所吸收的波长为的投射辐射，w/m2 波长为的投射辐射，w/m2
1G G 10
E d ,T1 ,T2 b,T2
E d 0 ,T2 b,T2
?
黑体
1
E d 0 ,T1 b,T2 T24
?
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基尔霍夫定律 〔吸收率与辐射率之间的关系〕
1859年，Kirchhoff 用热力学方法答复了这个问题，从而提出了 Kirchhoff 定律。最简单的推导是用两块无限大平物体，参数分别为Eb, T1 以 及E, , T2，那么当系统处于热平衡时，有
QEAJA 1
因为： E Eb 所以有：QEb1AJAE1bJ
A
外表辐射 热阻
35
5.1 辐射换热热阻
〔2〕空间辐射热阻
Eb Eb
J JJ1 J1
J2 J2
1 1 A A
11 A1F12 A1F12
物体外表1辐射到外表2的辐射能为
Q 12J1A 1F 12
物体外表2辐射到外表1的辐射能为
Q 21 J2A 2F 21
右图是根据上式描绘的黑体单色辐 射力随波长和温度的关系。
m与T 的关系由Wien偏移定律给
出 m T 2 .8 9 6 1 0 3m K
到达最大单色辐射力时的波长
《辐射换热》PPT课件
五、太阳能
五、太阳能
五、太阳能
太阳能空调
四、气体的辐射换热 ◆不同的气体，吸收和发射的能力不同。 ◆单原子和分子构造对称的双原子气体〔如 空气〕，几乎没有吸收和发射能力，可视为 完全透热体。 ◆不对称的双原子和多原子分子〔如水蒸气、 二氧化碳等〕，那么具有相当大的吸收和发 射能力。
〔2〕在太阳光下，白布的吸收率比黑布的小，在 室外穿浅色衣服比较凉快。
3、吸收、反射和透射 对大局部工程材料〔固体〕：不是透热体，即
AR1 对气体：反射率为0，即： AD 1
水蒸气、二氧化碳气体等，只能局部地吸收一定 波长范围内的辐射能。
4、辐射力
辐射力 ：E指在单位时间内物体单位外表积上
向半球空间所有方向发射的全部波长范围内的总
绝对黑体： 2、反射率
—A物如1体：反烟射煤辐、射雪能。的能力。
绝对白体R：
如：磨光的金属外表。
3、透射率 R —物1体透过辐射能的能力。
绝对透明D体：
如：绝对枯：
〔1〕黑体和白体是针对红外线而言的，与光学 上的黑白不同。如：白布和黑布的吸收率差不多，在 室内的感觉是一样的。
1、太阳的温度约5800K，可见光波长范围约：
0.3~ 80.7μ 6m 0.2~2μm
〔
〕
2、工程实际中所遇到0的.7温度~ 6在22μ 0000m K以下，大局部
热射线的范围为：
为红外线
辐射。
8.1 热辐射的概念和根本定 律 一、热辐射的概念
2、热辐射的特点 〔1〕无需媒介物质，可以在真空中进展热 量传播。 〔2〕热辐射过程中不仅有能量的转移，而 且还伴随着能量的转换，即发射时由热能转 变为辐射能，吸收时又由辐射能转换为热能。
传热学基础(第二版)第七章教学课件 辐射换热
9/84
黑体的吸收率 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。让我们 来阐述黑体模型的原理。取 用工程材料(它的吸收率必然 小于黑体)制造一个空腔，使 空腔壁面保持均匀的温度， 并在空腔壁上开一个小孔。
斯蒂芬—玻尔兹曼定律揭示了黑体辐射 力正比于其绝对温度的四次方的规律，故又 称四次方定律。式中，σb为黑体辐射常数， 其值为5.67×10-8W/(㎡· K4)。为了高温时计 算上的方便，通常把式(7-8)改写成如下形式
T Eb C b 100
4
W/㎡
(7-9)
式中，Cb称为黑体辐射系数，其值为5.67 W/(㎡· K4)。
17/84
例题7-1 试分别计算温度为2000K和5800K的黑体的 最大单色辐射力所对应的波长λm。 解 可直接应用式(7-7)计算：
2.9 108 T=2000K时， m 2000 1.45m
T=5800K时，
2.9 103 m 0.50m 5800
18/84
15/84
细心观察图7-6上的曲
线可以发现，曲线的
峰值随着温度的升高
移向较短的波长。
16/84
对应于单色辐射力峰值的波长λm与绝对温
度T之间存在着如下的关系
mT 2.8976 10 2.9 10 m K
3 3
此式表达的波长λm与绝对温度成反比 的规律，称为维恩位移定理。它在高温测 量技术中有应用。
11/84
在热辐射的整个波谱内， 不同波长发射出的辐射能 是不同的。典型的例子如 图7-6所示。图上每条曲线 下的总面积表示相应温度 下黑体的辐射力。对特定 波长 λ来说，从波长 λ到 λ +dλ 区间发射出的能量为 Eλdλ，参看图中有阴影的 面积(图中以T=1000K为例 示出)。
黑体的吸收率 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。让我们 来阐述黑体模型的原理。取 用工程材料(它的吸收率必然 小于黑体)制造一个空腔，使 空腔壁面保持均匀的温度， 并在空腔壁上开一个小孔。
斯蒂芬—玻尔兹曼定律揭示了黑体辐射 力正比于其绝对温度的四次方的规律，故又 称四次方定律。式中，σb为黑体辐射常数， 其值为5.67×10-8W/(㎡· K4)。为了高温时计 算上的方便，通常把式(7-8)改写成如下形式
T Eb C b 100
4
W/㎡
(7-9)
式中，Cb称为黑体辐射系数，其值为5.67 W/(㎡· K4)。
17/84
例题7-1 试分别计算温度为2000K和5800K的黑体的 最大单色辐射力所对应的波长λm。 解 可直接应用式(7-7)计算：
2.9 108 T=2000K时， m 2000 1.45m
T=5800K时，
2.9 103 m 0.50m 5800
18/84
15/84
细心观察图7-6上的曲
线可以发现，曲线的
峰值随着温度的升高
移向较短的波长。
16/84
对应于单色辐射力峰值的波长λm与绝对温
度T之间存在着如下的关系
mT 2.8976 10 2.9 10 m K
3 3
此式表达的波长λm与绝对温度成反比 的规律，称为维恩位移定理。它在高温测 量技术中有应用。
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在热辐射的整个波谱内， 不同波长发射出的辐射能 是不同的。典型的例子如 图7-6所示。图上每条曲线 下的总面积表示相应温度 下黑体的辐射力。对特定 波长 λ来说，从波长 λ到 λ +dλ 区间发射出的能量为 Eλdλ，参看图中有阴影的 面积(图中以T=1000K为例 示出)。
热辐射与辐射换热ppt课件
① θ＝0～60℃,ε( )基本不变； ② θ>60℃ ，ε( )明显减少； ③ θ＝90℃ ，ε( )降为0
华北电力大学
梁秀俊
.
影响物体发射率的因素 ε＝f（物质的种类、表面状况、表面温度）
只与发射物体有关，而不涉及外界条件。
①不同种类物质的ε：常温下白大理石ε＝0.95；常 温下镀锌铁皮ε＝0.23
华北电力大学
梁秀俊
.
四、辐射换热的计算
1,2A(Eb1Eb2)
角系数
华北电力大学
有效辐射
梁秀俊
.
1、角系数
（1）角系数的定义
我们把从表面1发出的辐 射能中落到表面2上的百 分数,称为表面1对表面2
的角系数,记为 X1,2或1,2
角系数是纯几何因子.
华北电力大学
梁秀俊
.
（2）角系数的性质
角系数的相对性
和定向发射率 （定 (向 )黑度）的概念。
E Eb
() E
Eb
() L()
Lb
华北电力大学
梁秀俊
.
1、实际物体的辐射
E()Eb ()1
华北电力大学
梁秀俊
.
E Eb
E
Eb
0
()Ebd T4
华北电力大学
梁秀俊
.
() L()
Lb
几种非金属材料的定向发 射率
几种金属材料的定向发射率
材料类别和表面状况
具有光滑的氧化层表皮的钢板 镀锌铁皮 严重氧化的铝表面 严重氧化的铝表面 无光泽黄铜 磨光的黄铜 红砖 玻璃 各种颜色的油漆 雪 人体皮肤
温度/℃ 法向发射率εn
20
0.82
38
0.28
传热学辐射换热
C0是黑体辐射系数 ，C0 5.67 W m2 K4
实际物体的辐射力：
E
C0
T 100
4
发射率
(4)兰贝特余弦定律
指物体表面朝向某给定方向， 对垂直于该方向的单位面积， 在单位时间、单位立体角内 所发射的全波长总能量。用
符号I表示
黑体在半球空间各个方面上的辐射强度都相等，这个规 律称为兰贝特定律
Q QD
Q QA QR QD
令
QA Q
A
QR Q
R
则:A+D+R=1
QD Q
D
第十二章 辐射换热 热辐射的基本概念
二、吸收、反射和透射
A------吸收率 D------反射率 R-----穿透率
A、D、R的大小都在0---1范围内变化，大小与物体的温度和表 面状况有关，实际工程中，可以认为液体和固体不允许热辐射 透过，所以D=0。就固体和液体而言，吸收能力大的物体其反 射能力就弱。
3、电磁波谱
电磁辐射包含了多种形式，如下图所示，而我们所感兴趣
的，即工业上有实际意义的热辐射区域一般为0.38－1000μm。 国际上规定家用微波炉的微波波长为 122 mm，对应频率为
2450 MHz
电磁波的传播速度： c = fλ
式中：f — 频率，s-1; λ— 波长，μm
例：室温下呈黑色的铁棒在
E
C
T 100
4
C
b
T 100
4
C─灰体辐射系数
三、辐射力和单色辐射力
自然界中并不存在绝对的黑体，用人工的方法可以制造出十分接近黑体的 模型，如图，在前墙上开一个小孔的空腔制成黑体，空腔壁面应保持均匀的 温度。当辐射经过小孔射进空腔时，在空腔内要经历多次的吸收和反射，而 每经过一次吸收，辐射能就按照内壁面吸收率的份额被减弱一次，最终能离 开小孔的能量微乎其微，可认为完全被吸收再空腔内。
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比可表示为
1(T1)E2 (T2 )d
0
f (T1,T2, 表面1性质，表面2性质)
E2 (T2 )d
0
式中：E2 (T2 )——温度为T2的物体2的单色辐射力；
1 (T1 )——温度为T1的物体1的单色吸收比。
• α不仅与自身物性和温度有关，还与投来辐射的性质和温度有关。
35
§7-2A 黑体辐射的三个基本定律
2、推导 如图所示， 板1为黑体，参数分别为Eb、T1；
板2是任意物体，参数分别为E、 、
T2， 28
§7-2A 黑体辐射的三个基本定律
q E Eb
则当系统处于热平衡时，有
当 T2 T1 时, q 0.
于是: E Eb 0
则： E Eb
得:
E
Eb
29
§7-2A 黑体辐射的三个基本定律
当热辐射投射到物体表面上时，一般 会发生三种现象，即吸收、反射和穿 透，如图7-2所示。
Q Q Q Q
Q Q Q 1 QQQ
1
图7.2 物体对热辐射的
α—吸收比，表示物体吸收辐射能的能力。
吸收、反射和穿透
ρ—反射比 ，表示物体反射辐射能的能力。
τ—透射比，表示物体允许辐射能透过的能力。
36
§7-2A 黑体辐射的三个基本定律
针对灰体的基尔霍夫定律
表述：灰体的辐射力与同温度下自身的吸收比的比值 与物性无关，恒等于同温度黑体的辐射力。
灰体吸收比与投入辐射无关，所以投入辐射无 需限制在黑体和平衡态（两个约束条件）。
代价：缩小讨论对象，满足于得到粗略近似的 计算结果。
工程上多数固体、液体容许采用灰体的假定。
4、重要推论
（1）物体的辐射力越大，其（对同温黑体辐射的）
吸收比也越大。换句话说，善于辐射的物体必善
于吸收（同温下的黑体辐射）。
（2）在相同温度下，一切物体的辐射力以黑体的 辐射力为最大。
31
§7-2A 黑体辐射的三个基本定律
四：(平均)吸收比
物体的吸收比是材料在整个波长范围内的积分平均性能。 复杂性： 吸收比和投射辐射都随波长做不规则的变化。
热传学培训课件7、辐射换热讲义
1
目录
• 7-1 热辐射的基本概念 • 7-2A 黑体辐射的三个基本定律 • 7-2B 实际物体(固体和液体)的辐射特性 • 7-3 两个黑体间的辐射换热 • 7-4 角系数 • 7-5 灰体间的辐射换热
2
§7-1 热辐射的基本概念
3
§7-1 热辐射的基本概念
一、热辐射与辐射换热
（4）维恩位移定律
揭示了黑体的温度与最大单色辐射力的波长的关系。
mT 2.8976103 m K 2.9103 m K
根据维恩位移定律，若已知对应于最大单色辐 射力的波长，便可知辐射表面的温度。
应用举例：高温测量技术。 例：太阳表面绝对温度
m 0.5m,则T 5800K
25
§7-2A 黑体辐射的三个基本定律
板2是任意的，推广：
E1 E2 E3
1 2 3
ห้องสมุดไป่ตู้
E
Eb
上式为基尔霍夫定律的数学表达式。该式说明了任何
物体的辐射力与它对来自同温度黑体辐射的吸收比的比值，
与物性无关而仅取决于温度，恒等于同温度下黑体的辐射
力。即
E
Eb f (T )
30
§7-2A 黑体辐射的三个基本定律
3、基尔霍夫定律的约束条件 （1）热平衡状态； （2）投射辐射限于黑体辐射。
12
§7-1 热辐射的基本概念
说明
物体的反射特性主要取决于物体表面的情况。 十分光滑的表面呈现镜反射，而粗糙的表面呈漫反射。 镜反射反射比大，而漫反射吸收比大。
对于热射线的吸收和反射有重大影响的是表面粗糙度， 而不是表面的颜色。
白色能反射热射线中的可见光的射线（即吸收可见 光的能力比黑色表面小得多），而对其他热射线，白色 和黑色一样都能吸收。如雪对除可见光之外的热射线的 吸收率竟达0.985.
• 黑体的单色（光谱）辐射力为Ebλ 。 • 辐射力表征物体发射辐射能量本
领的大小。
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§7-2A 黑体辐射的三个基本定律
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§7-2A 黑体辐射的三个基本定律
黑体辐射有三个基本定律
斯忒藩-波尔兹曼定律 普朗克定律 兰贝特定律
从不同角度描述了一定温度下的 黑体辐射的基本规律
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§7-2A 黑体辐射的三个基本定律
五：灰体
• 如果单色吸收比与波长无关，仅是温度的函数
1(T1)E2 (T2 )d
0
f (T1,T2, 表面1性质，表面2性质)
E2 (T2 )d
0
1(T1) f (T1)
• 灰体： 单色吸收比不随波长变化的物体；(理想物体)
• 工程应用： 固、液体多数近似灰体(热辐射范围内)；
• 灰体吸收比：取决于自身，与投入辐射无关；
最大单色辐射力的波长向短波方向移动，可见光部 分增加。
mT 2.9 103 m K
温度 < 500度，几乎无可见光 温度逐渐升高， 呈现暗红 -> 鲜红 -> 桔黄等色 温度 > 1300度，白炽
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§7-2A 黑体辐射的三个基本定律
三、基尔霍夫定律
辐射换热： 辐射 —— 吸收 1、作用
说明了物体吸收与辐射之间的关系。
且各向同性。
辐射能进入空腔时，在空腔内经 过多次反射，可认为辐射能完全 被空腔吸收。这样，小孔就具有 黑体表面的性质。
带有小孔的温度均匀的空腔
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§7-1 热辐射的基本概念
五、辐射能量的表示方法
1、（全）辐射力 E 物体在单位时间内、单位表面积向半球空间所有方向
发射的全部波长的总辐射能量。(单位：W/m2)
复杂！！！ 33
§7-2A 黑体辐射的三个基本定律
（3）光谱吸收比
• 物体对某一特定波长的辐射能所吸收的百分数 吸收某特定波长的能量
某特定波长投入的能量
• 单色吸收比 • 实际物体的选择性吸收的特性
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§7-2A 黑体辐射的三个基本定律
(4)吸收比与单色吸收比的关系
• 温度为T1的物体1对来自温度为T2的物体2的辐射的吸收
（5） 黑体辐射力中不同波长辐射能的比例 (1) 例
温度（K） 1000 3000 6000
可见光 < 0.1% 11.4% 45.5%
红外线 > 99.9% 88.5% 43.0%
(2) 实际物体的光谱辐射力按波长分布的
规律………定性上一致
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§7-2A 黑体辐射的三个基本定律
（6）金属色温解释 利用色温判断金属被加热的程度。随温度升高，
说明： • 理论上覆盖整个电磁波谱； • 对于太阳辐射（约5800K）：0.22m； • 可见光0.380.76m
红外线0.76251000m • 一般工业范围内（2000K以下）：
0.38100m
0.7620m • 远红外加热技术
电加热器
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§7-1 热辐射的基本概念
三、吸收比、反射比和透射比
1、吸收比、反射比和透射比
式中：λ— 波长，m ； T — 黑体温度，K ；
c1 — 第一辐射常数，3.742×10-16 Wm2； c2 — 第二辐射常数，1.4388×10-2 WK；
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§7-2A 黑体辐射的三个基本定律
（3）不同温度下黑体的单色辐射力随波长的变化图
1） 黑体的温度一定时， 不同波长的能量不同。 并在某一波长时存在极 大值；
图7-9
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§7-2A 黑体辐射的三个基本定律
1、实际物体的吸收比α与单色（光谱）吸收比αλ的关系 （1）投入辐射 G
单位时间内从外界投射到单位表面积上的总辐射能。
（2）吸收比
物体对投入辐射所吸收的百分数，通常用表示，即
吸收的能量
投入的能量(投入辐射)
• 不仅取决于物体自身 • 还取决于投入辐射的特性
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§7-1 热辐射的基本概念
四、黑体模型
1 为什么引入？ 2 黑体模型
• 可以全部吸收透射到其表面上的所有波长 的辐射能；
• 现实世界中并不存在严格意义上的黑体； • 实验室模型
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§7-1 热辐射的基本概念
空腔：材料吸收率高、壁面温度 均匀、小孔面积远小于空腔内表 面面积。
➢ 小孔的孔径越小 越大； ➢ 温度均匀是为了保证辐射均匀
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§7-2B 实际物体(固体和液体)的辐射特性
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§7-2B 实际物体(固体和液体)的辐射特性
一、实际物体的单色辐射力及灰体 黑体曲线服从普朗克定律； 灰体曲线特点：光谱连续且与黑体
曲线相似；在所有波长下都保持
E / Eb 定值
灰体为假想体。 图7-9
实际物体曲线根据光谱试验来确定；
2、单色（光谱）辐射力 Eλ 物体在单位时间内、单位表面积向半球空间所有方向
发射的单位波长范围内(包含某一给定波长)的辐射能量。
(单位：W/m3)
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§7-1 热辐射的基本概念
3、E、E λ的关系 显然，E 和 E λ 之间具有如下
关系：
E 0 E d
• 黑体一般采用下标b表示，如黑体 的辐射力为Eb。
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§7-1 热辐射的基本概念
2. 特点 • 任何物体，只要温度高于0 K，就会不停 地向周围空间发出热辐射； • 可以在真空中传播； • 伴随能量形式的转变； • 具有强烈的方向性； • 辐射能与温度和波长均有关
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§7-1 热辐射的基本概念 二 热辐射具有电磁波的共性
1 f＝C
2 电磁波谱
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§7-1 热辐射的基本概念