【正文】 華中科技大學(xué)熱科學(xué)與工程實驗室 HUST Lab of Thermal Science amp。 Engineering 2022/2/14 1 第 六 章 熱輻射基礎(chǔ) 167。 61 熱輻射的基本概念 167。 62 黑體輻射和吸收的基本性質(zhì) 167。 63 實際物體的輻射和吸收 華中科技大學(xué)熱科學(xué)與工程實驗室 HUST Lab of Thermal Science amp。 Engineering 2022/2/14 2 167。 61 熱輻射的基本概念 熱輻射在機理上與導(dǎo)熱、熱對流有根本的不同。 導(dǎo)熱與熱對流是由于物質(zhì)微觀粒子的熱運動和物體的宏觀運動所造成的能量轉(zhuǎn)移。 熱輻射是由于物質(zhì)的 電磁運動 所引起的能量的傳遞。 華中科技大學(xué)熱科學(xué)與工程實驗室 HUST Lab of Thermal Science amp。 Engineering 2022/2/14 3 1. 熱輻射特點 (1) 定義 ： 輻射是 物體由于受熱、電子撞擊、光的照射或發(fā)生化學(xué)反應(yīng)等，物體內(nèi)的分子、原子或電子就會受到激動或振動，產(chǎn)生各種能級的躍遷，導(dǎo)致物體發(fā)出電磁波向空間傳遞能量 。 由于 熱的原因 而產(chǎn)生的 電磁波輻射 稱為熱輻射 。 華中科技大學(xué)熱科學(xué)與工程實驗室 HUST Lab of Thermal Science amp。 Engineering 2022/2/14 4 (2) 特點 ： a、 不依靠物體的直接接觸，可以在真空中傳播； b、 伴隨能量形式的兩次轉(zhuǎn)變，內(nèi)能 電磁波能 內(nèi)能； 物體總是不斷地把熱能變化輻射能，向外發(fā)出熱輻射。同時，物體也不斷地吸收周圍物體投射到它上面的熱輻射，并把吸收的輻射能重新轉(zhuǎn)變成熱能。 輻射換熱 就是指物體之間相互 輻射 和 吸收 的總效果。一個物體如果與另一個物體相互能夠看得見，那么它們之間就會發(fā)生輻射熱交換。 c、 任何物體，只要溫度高于 0 K，就會不停地向周圍空間發(fā)出熱輻射。 華中科技大學(xué)熱科學(xué)與工程實驗室 HUST Lab of Thermal Science amp。 Engineering 2022/2/14 5 電磁波的波長范圍很廣 ， 從長達數(shù)百米的無線電波到小于1014 米的宇宙射線 。 在工業(yè)上所遇到的溫度范圍內(nèi)（ 2022K以下 ） ， 最感興趣的是波長約從 的可見光和波長從可見光譜的紅端之外延伸到 1000μm的紅外線 。 熱輻射： 1 101 ～ 1 103 μm 可見光： ～ μm 紅外光：＞ μm ～ 25 μm 近紅外區(qū) ＞ 25 μm 遠紅外區(qū) 華中科技大學(xué)熱科學(xué)與工程實驗室 HUST Lab of Thermal Science amp。 Engineering 2022/2/14 6 、反射和透射 分別反映了物體吸收、反射和透射輻射能的能力。 11??????????????????????GGGGGGGGGG當(dāng)熱輻射投射到物體表面上時，一般會發(fā)生三種現(xiàn)象，即吸收、反射和穿透。 ,? ? ?華中科技大學(xué)熱科學(xué)與工程實驗室 HUST Lab of Thermal Science amp。 Engineering 2022/2/14 7 對于大多數(shù)的固體和液體： 固體和液體上的熱輻射是表面輻射 對于不含顆粒的氣體： 氣體的熱輻射是容積輻射 1,0 ??? ???1,0 ??? ???,??大 ， 小 反 之 亦 然華中科技大學(xué)熱科學(xué)與工程實驗室 HUST Lab of Thermal Science amp。 Engineering 2022/2/14 8 黑體 白體或鏡體 透明體 1??1??1???1 ?2 ?1= ?2 反射又分鏡反射（ 高度磨光的金屬板） 和漫反射兩種 由于不同物體的吸收比、反射比和透射比因具體條件不同差別很大，給熱輻射的計算帶來很大困難。為了使問題簡化，我們定義了一些 理想物體 。 華中科技大學(xué)熱科學(xué)與工程實驗室 HUST Lab of Thermal Science amp。 Engineering 2022/2/14 9 選用吸收比小于 1的材料制造一個空腔，并在空腔壁面上開一個小孔，再設(shè)法使空腔壁面保持均勻的溫度。這時空腔上的小孔就具有黑體輻射的特性。 黑體： 是指能吸收投入到其面上的所有熱輻射能的物體 ，是一種科學(xué)假想的物體 ， 現(xiàn)實生活中是不存在的 。 但卻可以人工制造出近似的人工黑體 。 華中科技大學(xué)熱科學(xué)與工程實驗室 HUST Lab of Thermal Science amp。 Engineering 2022/2/14 10 若小孔占內(nèi)壁面積小于 %，當(dāng)內(nèi)壁吸收比為 ，小孔的吸收比可大于 。 黑體將所有投射在它上面的一切波長和所有方向上的輻射能全部吸收 ， 在所有物體之中 ， 它吸收熱輻射的能力最強 。 華中科技大學(xué)熱科學(xué)與工程實驗室 HUST Lab of Thermal Science amp。 Engineering 2022/2/14 11 167。 62黑體輻射和吸收的基本性質(zhì) 1 輻射力 ① 總輻射力 輻射力也稱全色輻射力，其定義為 單位時間單位輻射面積向 半球空間 輻射出去的 一切波長 的輻射能量。 用來表征物體發(fā)射能力的大小。 dAdQE ?E為輻射力，其單位為 W/m2； dQ為微元面積 dA向半球空間輻射出去的總輻射能。 dA dQ 華中科技大學(xué)熱科學(xué)與工程實驗室 HUST Lab of Thermal Science amp。 Engineering 2022/2/14 12 ② 單色輻射力 單色輻射力被定義為 單位時間單位輻射面積向 半球空間 輻射出去的 某一波長 范圍的輻射能量 ，用來描述輻射能量隨波長的分布特征。 Eλ為物體表面的單色輻射力 ,其單位為 W/m3 ； dQλ為微元面積dA向半球空間輻射出去的某一波長的輻射能； λ為熱射線的波長，單位為 m。 dAdQddAdQE???2??輻射力和單色輻射力之間的關(guān)系 : ???0?? dEEdA dQλ ?? dd ?華中科技大學(xué)熱科學(xué)與工程實驗室 HUST Lab of Thermal Science amp。 Engineering 2022/2/14 13 ③ 方向輻射力 方向輻射力是定義來描述物體表面輻射能量在半球空間中的分布特征，其定義為 單位時間單位輻射面積向半球空間 中 某一個方向上單位立體角 內(nèi)輻射的 所有波長 的輻射能量。 為微元立體角 dAdQdE??2? dA df r dφ d?華中科技大學(xué)熱科學(xué)與工程實驗室 HUST Lab of Thermal Science amp。 Engineering 2022/2/14 14 2rdfd ?? 為微元立體角，單位為 sr（球面度）； df為空間中的微元面積； r為該面積與發(fā)射點之間的距離。 立體角的概念： 空間中的面相對于某一點所張開的空間角度的大小。其定義為： d?由于半球面積為 2πr2,故半球面對球心所張開的立體角 ? ?sr?? 2?華中科技大學(xué)熱科學(xué)與工程實驗室 HUST Lab of Thermal Science amp。 Engineering 2022/2/14 15 在球坐標(biāo)系中，如圖所示，按幾何關(guān)系有 其單位為 W/(m2sr) 。 dθ dφ df φ θ n 球坐標(biāo)系中的立體角 r ??? drrddf s in??