热辐射基础知识复习进程
传热学知识点总结
第一章
§1-1 “三个W”
§1-2 热量传递的三种基本方式
§1-3 传热过程和传热系数
要求：通过本章的学习，读者应对热量传递的三种基本方式、传热过程及热阻的概念有所了解，并能进行简单的计算，能对工程实际中简单的传热问题进行分析（有哪些热量传递方式和环节）。作为绪论，本章对全书的主要内容作了初步概括但没有深化，具体更深入的讨论在随后的章节中体现。
本章重点：
1.传热学研究的基本问题
物体内部温度分布的计算方法
热量的传递速率
增强或削弱热传递速率的方法
2.热量传递的三种基本方式
(1).导热：依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递。传热学重点研究的是在宏观温差作用下所发生的热量传递。
傅立叶导热公式：
(2).对流换热：当流体流过物体表面时所发生的热量传递过程。
牛顿冷却公式：
(3).辐射换热：任何一个处于绝对零度以上的物体都具有发射热辐射和吸收热辐射的能力，辐射换热就是这两个过程共同作用的结果。由于电磁波只能直线传播，所以只有两个物体相互看得见的部分才能发生辐射换热。
黑体热辐射公式：
实际物体热辐射：
3.传热过程及传热系数：热量从固壁一侧的流体通过固壁传向另一侧流体的过程。
最简单的传热过程由三个环节串联组成。
4.传热学研究的基础
傅立叶定律
能量守恒定律+ 牛顿冷却公式+ 质量动量守恒定律
四次方定律
本章难点
1.对三种传热形式关系的理解
各种方式热量传递的机理不同，但却可以（串联或并联）同时存在于一个传热现象中。2.热阻概念的理解
严格讲热阻只适用于一维热量传递过程，且在传递过程中热量不能有任何形式的损耗。
思考题：
传热学知识点总结
第一章
§1-1 “三个W”
§1-2 热量传递的三种基本方式
§1-3 传热过程和传热系数
要求：通过本章的学习，读者应对热量传递的三种基本方式、传热过程及热阻的概念有所了解，并能进行简单的计算，能对工程实际中简单的传热问题进行分析（有哪些热量传递方式和环节）。作为绪论，本章对全书的主要内容作了初步概括但没有深化，具体更深入的讨论在随后的章节中体现。
本章重点：
1.传热学研究的基本问题
物体内部温度分布的计算方法
热量的传递速率
增强或削弱热传递速率的方法
2.热量传递的三种基本方式
(1).导热：依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递。传热学重点研究的是在宏观温差作用下所发生的热量传递。
傅立叶导热公式：
(2).对流换热：当流体流过物体表面时所发生的热量传递过程。
牛顿冷却公式：
(3).辐射换热：任何一个处于绝对零度以上的物体都具有发射热辐射和吸收热辐射的能力，辐射换热就是这两个过程共同作用的结果。由于电磁波只能直线传播，所以只有两个物体相互看得见的部分才能发生辐射换热。
黑体热辐射公式：
实际物体热辐射：
3.传热过程及传热系数：热量从固壁一侧的流体通过固壁传向另一侧流体的过程。
最简单的传热过程由三个环节串联组成。
4.传热学研究的基础
傅立叶定律
能量守恒定律+ 牛顿冷却公式+ 质量动量守恒定律
四次方定律
本章难点
1.对三种传热形式关系的理解
各种方式热量传递的机理不同，但却可以（串联或并联）同时存在于一个传热现象中。2.热阻概念的理解
严格讲热阻只适用于一维热量传递过程，且在传递过程中热量不能有任何形式的损耗。
思考题：
《热辐射及辐射传热》课件
05
总结与展望
热辐射与辐射传热的研究成果总结
01
热辐射与辐射传热的基本理论
总结了热辐射和辐射传热的基本概念、定律和公式，如斯蒂芬-玻尔兹
曼定律、普朗克辐射定律等。
02
热辐射与辐射传热的实验研究
介绍了实验研究的方法、技术和结果，如红外热像仪在热辐射测量中的
应用等。
03
热辐射与辐射传热的工程应用
列举了热辐射和辐射传热在各领域的实际应用案例，如建筑节能、太阳
《热辐射及辐射传热 》ppt课件
目录
• 热辐射概述 • 辐射传热原理 • 热辐射与辐射传热的关联 • 热辐射与辐射传热的实验研究 • 总结与展望
01
热辐射概述
热辐射的定义
01
热辐射：物体由于具有温度而辐射电磁波的现象。
02
热辐射与热传导、热对流并列，是热量传递的三种 方式之一。
03
热辐射不需要物体间相互接触，可以在真空中传播 。
实验原理
热辐射是物体通过电磁波形式传递能量的过程，辐射传热则是通过物体之间的 辐射能量交换实现热量传递。本实验将通过具体实验操作和数据分析，探究热 辐射和辐射传热的规律。
实验设备与实验步骤
实验设备：黑体辐射源、光谱辐射计 、温度传感器、恒温槽、支架、实验
数据处理软件等。
实验步骤
1. 准备实验设备，搭建实验装置；
热传递的方式与热辐射知识点总结
热传递的方式与热辐射知识点总结热传递是物体之间传递热量的过程，常见的热传递方式有三种：传导、对流和辐射。本文将对热传递的方式和热辐射相关的知识点进行总结和介绍。
一、传导
传导是指热量通过物体内部分子之间的碰撞传递。物体的热传导主要依赖于材料的导热性能，导热性能好的物体热传导效果较好。导热性能的大小可以用热传导系数来表示，常用单位是W/(m·K)。
在传导过程中，热量从高温区域传递到低温区域，当两个物体的温度相同时，它们之间的传导热量为零。传导的速率与温度差、物体的导热性和物体的形状有关。热传导的方式常见于固体物质之间的热传递，如热水通过金属杯子传递给手。
二、对流
对流是指热量通过流体的流动传递。流体可以是液态或气态，热量通过流体的流动将热量从高温区域传递到低温区域。对流可以分为自然对流和强迫对流。
自然对流是指由于密度差异引起的流体的自发运动，如热气上升形成的对流。强迫对流是通过外部力或设备的作用使流体发生流动，如风扇或水流等。对流的效果通常比传导更强，因为流体的流动可以扩大热传递的面积。
三、辐射
辐射是指热量通过电磁辐射传递。与传导和对流不同，辐射不需要
介质来传递热量，也能在真空中传递热量。所有物体都会辐射热能，
辐射的能力与物体的温度有关。温度升高会导致物体辐射的能量增加。
辐射通过电磁波的形式传递热量，这些电磁波可以是可见光、红外线、紫外线等。一般而言，热辐射主要体现在红外线范围内。太阳能
就是通过辐射传递到地球表面的热量。
热辐射的传递可以通过几种因素来决定。首先是物体的温度，温度
越高，辐射的能量越大。其次是物体的表面特性，光亮的表面对辐射
热辐射基础知识
② 电磁波的波谱
电磁波的波长包括从零到无穷大的范围（如图1-1所示）。理论上物体热辐射的电磁波波长可以 包括整个波谱，然而在工业上所遇到的温度范围内，即2000K以下，有实际意义的热辐射波长 位于0.8~100������������之间，且大部分能量位于红外线区段的0.76~20������������范围内，而在可见光区段， 即波长为0.38~0.76 ������������ 的区段，热辐射能量的比重不大。显然，当热辐射的波长大于0.76 ������������ 时， 人们的眼睛将看不见。如果我们把温度范围扩大到太阳辐射，情况就会有变化。太阳是温度约 为5800K的热源，其温度比一般工业上遇到的温度高出很多。对于太阳辐射，主要能量集中在 0.2~2������������的波长范围，其中可见光区段占有很大比重。所以如果把太阳辐射包括在内，热辐射 的波长区段为0.1~100������������。
▪2020/2/8
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。
热学基本概念知识点总结
热学基本概念知识点总结
热学是物理学中的一个重要分支，研究的是物体内部及与周围环境
之间的能量传递和转化规律。在热学中有一些基本概念和原理，掌握
这些知识点对于理解热学的基本原理和应用具有重要意义。本文将对
热学的基本概念知识点进行总结，帮助读者快速了解热学的基础知识。
1. 温度和热量
温度是物体内部分子或原子运动的剧烈程度的度量。热量是能够使
物体温度升高或降低的能量。温度和热量的单位分别是摄氏度（℃）
和焦耳（J）。
2. 热平衡和热力学第零定律
当两个物体处于热平衡状态时，它们之间不存在热量的传输。热力
学第零定律指出，如果两个物体分别与第三个物体处于热平衡状态，
那么这两个物体也处于热平衡状态。
3. 热传导和导热系数
热传导是物质内部热量传递的过程，导热系数是描述物质导热性能
的物理量。导热系数越大，物质的导热能力越强。
4. 热容和比热容
热容是物体吸收或释放单位温度变化时所需的热量。比热容是单位
质量物质所吸收或释放的单位温度变化时所需的热量。不同物质的比
热容不同，常用的比热容单位是焦耳/(克·摄氏度)。
5. 热膨胀和热膨胀系数
热膨胀是物体在受热时体积或长度的变化。热膨胀系数是描述物体在单位温度变化下长度或体积变化的比例关系。不同物质的热膨胀系数不同，常用的热膨胀系数单位是1/摄氏度。
6. 热力学第一定律
热力学第一定律，也称能量守恒定律，表示能量在物体内部的转化和传递过程中始终保持不变。它建立了能量变化与热量和功之间的关系，即ΔU = Q - W，其中U表示内能，Q表示吸热，W表示做功。
7. 热力学第二定律
《传热学基础》复习提纲
第一及第二章 绪论及导热
复习提要：
1、需要掌握的概念包括：热传导、对流、辐射、温度场、温度梯度、傅里叶定律、导热系数、对流换热系数、热流、热流密度、线热流密度、热阻、面积热阻、稳态导热过程、泊松
方程、接触热阻、复合平壁、内热源、热源强度、形状因子等。 温度场：某一时刻物体中所有各点温度分布的总称称为温度场。
温度梯度：温度差Δt 与沿法线方向两等温面之间的距离Δn 的比值的极限，叫温度梯度，
0lim ()n t t gradt n n n
→∆→∆∂==∆∂即 。 导热系数：||||q t n
λ=∂-∂由傅立叶定律中得到的比例系数称为热导率，它是当物体内温度降度为1K/m 时，在单位时间内，通过单位面积所传导的热量。
对流换热系数：又称为表面传热系数，它是由牛顿冷却公式q=h △t 得到的比例系数，单位为W/（m 2·K ）。
热流：单位时间内，通过面积A 所传递的热量，以Φ表示，单位为W 。
热流密度：单位时间内经过单位面积所传递的热量，以q 表示，单位为W/m 2。
线热流密度：单位长度上的热流量，用q l 表示，单位为W/m 。
傅里叶定律：在导热过程中，单位时间内通过给定截面的导热量，正比于垂直该截面方向上的温度变化率和截面面积。
热阻：热量传递过程的阻力，用R 表示，单位为K/W ，公式为t R ∆=Φ
。 稳态导热过程：物体中各点温度不随时间而改变的热传递过程称为稳态热传递过程，用公式表达就是0t τ
∂=∂。 泊松方程：泊松方程是常物性、稳态、三维且有内热源问题的温度场控制方程式。用公式表达就是2222220t t t x y z λ∙∂∂∂Φ+++=∂∂∂或者20t λ
热辐射计算公式
从微观角度分析物体的导热机理：
气体：气体分子不规则运动时相互碰撞的结果。
导电固体：自由电子不规则运动相互碰撞的结果，自由电子的运动对其导热起主导作用。
非导电固体：通过晶格结构振动所产生的弹性波来实现热量传递，即院子、分子在其平衡位置振动。
传热学课程自学辅导资料
（热动专业）
二○○八年十月
传热学课程自学进度表
教材：《传热学》教材编者：杨世铭陶文铨出版社：高教出版时间：2006
周次来自百度文库
学习内容
习题作业
测验作业
学时
自学重点、难点、基本要求
1
热量传递的三种基本方式；传热过程和传热系数；传热学的发展史
教材后作业
1－7,1-13,1-24,
1-32,
辐射换热：当物体之间存在温差时，以热辐射的方式进行能量交换的结果使高温物体失去热量，低温物体获得热量，这种热量传递称为辐射换热。
4、传热过程简介
传热过程：热量由壁面一侧的流体通过壁面传到另一侧流体中去的过程称传热过程。
（二）本章难点及学习方法指导
本章对热量传递的三种基本方式及传热过程的基础知识做了简单的介绍，相对来说无太大的难度。
基本要求：掌握角系数的定义、性质及计算；掌握被投射介质隔开的两固体表面间的辐射换热。
热辐射基础知识
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 响。著有《数学物理学讲义》4卷。他还讨论了电报信号沿圆形截面导线的扰动。
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 。
▪.
▪16
热辐射四大定律
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▪.
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热辐射四大定律
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▪18
热辐射四大定律
▪
图3-4 维恩位移定律
▪.
▪19
热辐射四大定律
③ 维恩位移定律意义：
维恩位移定律说明了一个物体越热，其辐射谱的波长越短（或者说其辐射谱的频率越高）。譬如 在宇宙中，不同恒星随表面温度的不同会显示出不同的颜色，温度较高的显蓝色，次之显白 色，濒临燃尽而膨胀的红巨星表面温度只有2000-3000K，因而显红色。太阳的表面温度是 5778K，根据维恩位移定律计算得的峰值辐射波长则为502nm，这近似处于可见光光谱范围 的中点，为黄光。 与太阳表面相比，通电的白炽灯的温度要低数千度，所以白炽灯的辐射光谱偏橙。至于处于 “红热”状态的电炉丝等物体，温度要更低，所以更加显红色。温度再下降，辐射波长便超 出了可见光范围，进入红外区，譬如人体释放的辐射就主要是红外线，军事上使用的红外线 夜视仪就是通过探测这种红外线来进行“夜视”的。
热传导与热辐射的知识点总结
热传导与热辐射的知识点总结热传导和热辐射是热学领域中重要的基础概念，对于理解和应用于
能源转换、材料科学、气候变化等领域具有重要意义。本文将对热传
导和热辐射的知识点进行总结。
一、热传导（Thermal Conduction）
热传导是指热量在物质内部传递的过程，当物质的两个不同部分之
间存在温度差时，热量会沿着温度梯度从高温区域传递到低温区域。
以下是热传导的几个重要知识点：
1. 热传导定律：根据傅立叶热传导定律，热流密度（Q/A）正比于
温度梯度（dT/dx）和热导率（k），即Q/A = -k(dT/dx)，其中Q是热量，A是传热面积，x是热传导方向。
2. 热导率（Thermal Conductivity）：热导率是物质对热传导的抵抗
能力的度量。不同物质的热导率不同，对于导热性能好的物质，热量
会更快地传导。热导率与物质本身的性质有关，如材料的密度、组成、结构等。
3. 热阻（Thermal Resistance）：热阻是物质对热传导的阻碍程度的
度量。热阻与热导率成反比，即R = 1/k。热阻越大，热传导越慢。在
热传导过程中，通过增加热导率或减小热阻，可以提高热传导效率。
4. 热扩散（Thermal Diffusion）：热扩散是物质中热能由高温区向
低温区传播的过程。当物质中各点的温度趋于均衡时，热扩散停止。
热扩散速率与热导率、温度梯度和物质的热容量有关。
二、热辐射（Thermal Radiation）
热辐射是热量通过电磁波的形式从物体表面传播的过程。物体在一定温度下会发射热辐射，其频率与温度有关。以下是热辐射的几个重要知识点：
高考热学必考知识点
高考热学必考知识点
高考物理中的热学是一个重要且必考的知识点。热学是研究物体的
热现象及其相互转化规律的一门学科，它在我们生活中无处不在。本
文将介绍高考物理中常考的热学知识点，供大家复习参考。
1. 温度和热平衡
温度是物体冷热现象的度量，单位是摄氏度（℃）。热平衡是指物
体之间没有冷热交换，达到了热平衡状态。热平衡是热力学研究的基础，也是研究热传导、热辐射等问题的前提。
2. 热量和比热容
热量是物体间由于温度差而产生的热交换。它的传递方式有热传导、热辐射和对流传热。比热容是物质单位质量的物体升高（或降低）单
位温度所需要吸（或放）的热量。不同物质有不同的比热容，它决定
了物质的热惯性。
3. 热传导
热传导是指物体内部由于温度差而发生的热交换。它是通过分子之
间的碰撞传递热量的。热传导的速率和导热性能有关，导热性能好的
物质热传导速率快。
4. 热膨胀
热膨胀是指物体由于升温而增大体积的现象。常见的热膨胀有线膨胀、面膨胀和体膨胀。热膨胀在我们日常生活中经常会遇到，例如夏天温度升高时，轨道、桥梁会因为热膨胀而出现变形。
5. 热辐射
热辐射是指物体因为温度而发射出的电磁波辐射。热辐射是一种能量的传递方式，它可以在真空中传播，因此也被称为无介质传热。物体的辐射能力与温度和表面特性有关。
6. 理想气体定律
理想气体定律是描述气体性质的基本规律之一。理想气体定律由玻意耳-马略特定律、查理定律和盖耳-吕萨克定律组成，简称PV=nRT。其中，P代表气体的压强，V代表气体的体积，n代表气体的物质量，R代表气体常数，T代表气体的温度。
热学基础知识
热学基础知识
热学是物理学中的一门重要学科，研究的是与热相关的现象、性质和流动。在本文中，我们将介绍热学的基础知识，包括热能和热力学。
一、热能
热能是物质内部热运动的一种形式，是物质的微观粒子在运动中所具有的能量。热能的传递主要是通过热传导、热辐射和热对流这三种方式进行的。
1. 热传导：热传导是指热能通过物质内部的分子相互碰撞和能量传递的方式。在固体中，由于分子之间相互靠近，热传导较为迅速。而在液体和气体中，由于分子之间间隔较大，热传导速度相对较慢。
2. 热辐射：热辐射是指物质释放出的热能以电磁波的形式传递的过程。所有物体都会辐射热能，其辐射能力与温度有关。较高温度的物体辐射出的能量更高。
3. 热对流：热对流是指流体（如液体或气体）在温差驱动下产
生的对流传热现象。热对流是一种复杂的现象，其传热能力与流
体的密度、流速和温差有关。
二、热力学
热力学是热学的一个分支学科，研究的是热与其它形式能量之
间的转化关系以及热力学过程中的能量守恒和熵增定律。
1. 热力学系统：热力学系统是指所研究的对象，可以是任何有
一定质量和能量的物体或系统。热力学系统可以和外界进行能量
和物质的交换。
2. 状态函数：热力学中有一类函数称为状态函数，它们的值只
取决于系统的初始状态和最终状态，与过程的路径无关。常见的
状态函数有内能、焓、熵等。
3. 热力学过程：热力学过程是指系统在外界作用下发生的一系
列变化。常见的热力学过程有等温过程、绝热过程、等容过程等。
4. 热力学定律：热力学有三个基本定律，分别是热力学第一定律（能量守恒定律）、热力学第二定律（熵增定律）和热力学第三定律（绝对零度定律）。这些定律为热力学提供了基本的理论基础。
热辐射知识点
热辐射知识点
热辐射是热传递的一种方式，它基于物体与周围环境的温度差异而
产生。在日常生活中，我们经常会遇到与热辐射相关的知识点。本文
将介绍一些与热辐射相关的基础概念、特性以及应用。
一、热辐射的基础概念
热辐射是指物体由于其内部热能的存在而发射出的电磁波。这些电
磁波包含了可见光、红外线、紫外线等各种波长的辐射能量。热辐射
是基于物体的温度而存在的，温度越高，辐射能量越大。根据斯特藩-
玻尔兹曼定律，热辐射的能量密度与物体的绝对温度的四次方成正比。
二、热辐射的特性
1. 无需介质传播：与传导和对流不同，热辐射不需要介质来传播热能。它可以在真空或其他无介质的环境中传递能量。
2. 频谱特性：热辐射的频谱范围广泛，涵盖了可见光、红外线和紫
外线等多个波段。不同温度的物体会以不同波长的辐射能量为主。
3. 长波辐射：相比可见光和紫外线，红外线是热辐射中最常见的波段。许多物体都会以红外线的形式发射热辐射，例如太阳、人体等。
4. 反射和吸收：物体对热辐射的反射和吸收特性与其表面性质有关。不同材料的表面对热辐射的反射和吸收率不同，从而影响物体的热平衡。
三、热辐射的应用
1. 无接触测温技术：热辐射的特性使得借助红外相机等设备可以实现无接触测温，用于工业、医疗、安防等领域。通过测量物体的红外辐射，可以得知其表面的温度信息。
2. 太阳能利用：太阳是自然界最大的热辐射源之一。太阳能光伏发电技术利用太阳光的热辐射，将其转化为电能。这种清洁能源被广泛应用于家庭、工业等领域。
3. 供暖和冷却系统设计：在建筑物的供暖和冷却系统设计中，需要考虑热辐射的影响。根据物体的辐射特性，可以进行合理的热辐射换能设计，以提高能源利用效率。
物理热学知识点总结
物理热学知识点总结
热力学基本概念
1. 热量
热量是物体内能的一种形式，是指物体由于分子、原子内部的运动而表现出来的能量。热
量是热力学研究的基本对象，是指热能的传递和转化，也是热力学系统的状态函数。热量
的单位是焦耳（J）。
2. 温度
温度是物体内分子、原子的平均热运动速度的一种度量。温度是热学的基本物理量之一。
温度是一个标量，通常用开尔文（K）作为单位。绝对零度即0K时，分子和原子的运动
能完全停止，这时所有物体的温度都是0K。
3. 热平衡
当两个物体处于热平衡状态时，它们之间不存在净热量的传递。热平衡是热力学平衡的一种，这是指物体内各部分达到了相同的温度。
4. 热传导
热传导是指物体内部由于温度差引起的能量传递方式，是热学研究的基本问题之一。热传
导是导热性能的一种，物体具有这一性能时，它的各处温度变化均匀，时间过后而达到稳
定状态。
热力学基本原理
1. 热学第一定律
热学第一定律，也称为能量守恒定律，指的是在物体内部传递的热量和外部对物体做功的
总和等于物体内能的增量。数学表达式为：ΔQ = ΔE + ΔW，其中ΔQ表示系统所吸收的热，ΔE表示系统内部能量的增量，ΔW表示对系统所做的功。
2. 热学第二定律
热学第二定律是热力学的基本定律之一，它表明热量不能自发地从低温物体传递到高温物体，或者说热量不会自发地从冷物体流向热物体。这个定律限制了热量的转化，说明了热
力学过程的方向性。热学第二定律的一个重要表述是克劳修斯表述，它指出任何一个热机
都不可能从一个单一的热源吸收热量，然后将这个热量完全转化为功。
3. 熵增原理
第2章 辐射与热量平衡
8 2
第2章 辐射与热量平衡
2.1 辐射的基础知识
2.1.1 辐射与辐射能
辐射的度量 （2）辐射强度（I）：在单位时间 (△t)、 单位立体角(△ω)内，沿一定方向垂直通 过任意单位面积的辐射能(△F)，称为该 方向的辐射强度，单位为W m-2 sr-1 ； n I
第2章 辐射与热量平衡
2.2 太阳辐射
2.2.1 太阳辐射光谱和太阳常数
太阳常数(I0)：
当日地平均距离时，大气上界垂直于太阳光线的单位面积上 单位时间内获得的太阳辐射能量，称为太阳常数I0，I0=1370W/m2。 由于地球与太阳间的天体运动，大气上界的实际太阳辐射强 度是有所变化的。
第2章 辐射与热量平衡
第2章 辐射与热量平衡
2.1 辐射的基础知识
2.1.1 辐射与辐射能
Stefan-Boltzmann定律：
将普朗克函数Iλ*对波长(λ)积分，得黑体辐射强度（I*），即
I I dl
* * 0
l
因黑体辐射为各向同性，根据辐射通量和辐射强度的关系，得 黑体辐射通量密度E*，为。
E * I * T 4 上式称为Stefan-Boltzmann定律。表明物体温度越高，其放射能 力越强。
Near-Infrared (Near-IR)
物理热学基础知识
物理热学基础知识
1. 引言
热学是物理学的一个重要分支，主要研究热量传递规律、热能转换和热现象的
基本原理。本章将介绍热学的基本概念、定律和理论，为深入学习热学打下基础。
2. 基本概念
2.1 温度
温度是表示物体冷热程度的物理量。常用的温度单位有摄氏度（°C）、开尔文（K）和华氏度（°F）。其中，摄氏度和开尔文之间的转换关系为：K = °C +
273.15。
2.2 热量
热量是指在热传递过程中，能量从高温物体传递到低温物体的过程。热量的单
位是焦耳（J）。
2.3 内能
内能是指物体内部所有分子无规则运动的动能和分子势能的总和。内能与物体
的温度、质量和物质种类有关。
2.4 热力学第一定律
热力学第一定律指出：一个系统的内能变化等于外界对系统做的功和系统吸收
的热量之和。即：ΔU = W + Q。
2.5 热力学第二定律
热力学第二定律有多种表述，其中一种为：热量不可能自发地从低温物体传递
到高温物体。
3. 热传递
3.1 导热
导热是指物体内部热量通过分子碰撞传递的过程。导热遵循傅里叶定律：Q = -kA(dT/dx)，其中，Q为热流量，k为热导率，A为传热面积，dT/dx为温度梯度。
3.2 对流
对流是指流体内部热量通过流动传递的过程。对流分为自然对流和强制对流。
自然对流是由于流体密度差异引起的，强制对流是由于外部力（如风扇）引起的。
3.3 辐射
热辐射是指物体由于温度差异而发出的电磁波。热辐射遵循斯特藩-玻尔兹曼定律：Q = σAτ(T^4 - T0^4)，其中，Q为热流量，σ为斯特藩-玻尔兹曼常数，A为辐射面积，τ为物体的黑度，T为物体的绝对温度，T0为环境的绝对温度。
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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
▪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。
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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。
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 响。著有《数学物理学讲义》4卷。他还讨论了电报信号沿圆形截面导线的扰动。 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 。
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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3-1 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
位于太阳照耀下被玻璃封闭起来的空间，例如小轿车、百度文库养植物的暖房等，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。
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黑体、白体和透明体
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图2-2 镜面反射
图2-2 漫反射
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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
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。