传热学-热辐射的基本定律
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④ 物体的辐射能力与其温度性质有关。与绝 对温度的四次方成正比。
３、 电磁波谱
电磁辐射包含了多种形式，如图7-1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0.1－100μm。
电磁波的传播速度：
C = fλ 式中：f — 频率，s-1; λ— 波长，μm
电磁辐射波谱
图7-1
3. 物体对热辐射的吸收、反射和穿透
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
(2)Stefan-Boltzmann定律(第二个定律)
辐射力E：
单位时间内，物体的单位表面积向半球空间发 射的所有波长的能量总和。 (W/m2)；
从总体上表征物体发射辐射能本领的大小。
光谱辐射力Eλ：
单位时间内，单位波长范围内(包含某一给定 波长)，物体的单位表面积向半球空间发射的 能量。 (W/m3)；
E、Eλ关系:
显然，E和Eλ之间具有如下关系：
(3)黑体辐射函数
图7-7 特定波长区段内的黑体辐射力
在实际中，有时需求出某一特定波长的辐射能量。
即下图中的在1和2之间的线下面积。黑体在波
长λ1和λ2区段内所发射的辐射力，如图7-7所示：
Eb
2
1
黑体光谱辐射力随波长和温度的依变关系
图7-6 Planck 定律的图示
分析:
⑴在一定温度下，黑体在不同波长范围内辐射能量 各不相同。
⑵维恩位移定律：随着温度T增高，最大单色辐射 力Ebλ,max所对应的峰值波长λmax逐渐向短波方向移 动,λ max*T=2897.6μK。
⑶黑体T<1400K，辐射大部分能量集中在λ=0.7610μm内，从而可以忽略可见光。常温下，实际物 体的辐射主要是红外辐射。
体反射可见光。 ⑶理想辐射模型均是对全波长而言的。
图7-3 镜反射
图7-4 漫反射
• 黑体具有最大的吸收力(α=1)， 同时亦具有最大的辐射力 (ε=1)。在实际物体中不存在 绝对黑体，为此引出人工黑体， 如图所示。
•具有一个小孔的等温空腔表面，若有外部投射 辐射从小孔进入空腔内，必将在其内表面经历无 数次的吸收和反射，最后能够从小孔重新选出去 的辐射能量必定微乎其微。
• 但是，在分析实际物体表面的吸收、反射和透 过特性的时候，必须非常谨慎地对待波长，尤 其要注意不能以肉眼的直观感觉来判断某物体 吸收比的高低。
在理解上述基本概念时，应注意以下几个问题： ⑴镜反射和漫反射。一般工程材料均形成漫反射。 • 镜面反射：入射角=反射角，表面粗糙度<波长 • 漫反射： 表面粗糙度>波长 ⑵物体的颜色。关键在于是物体本身发射可见光还是物
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 物体对热辐射的吸收反射和穿透
对于大多数的固体和液体： 0, 1 对于不含颗粒的气体： 0, 1
维恩Wien位移定律（1893热力学理论得出）
λm与T 的关系由Wien位移定律给出：
mT 2.8976 103 m K
维恩位移定律的发现在普朗克定律之前，但 可以通过将普朗克定律对λ求导得到。
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。
E
0
E d
黑体一般采用下标b表示，如黑体的辐射力
为Eb，黑体的光谱辐射力为Ebλ
3.黑体辐射的三个基本定律及相关性质
(1)普朗克Planck定律(第一个定律) (1900年）：
Eb
c15
ec2 (T ) 1
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；
为研究辐射特性可提出以下理想辐射模型： 黑体：α=1 ρ=0 τ=0； 白体：α=0 ρ=1 τ=0； 透明体：α=0 ρ=0 τ=1
• 自然界和工程应用中，完全符合理想要求的黑 体、白体和透明体虽然并不存在，但和它们根 相象的物体却是有的。
• 例如，煤炭的吸收比达到0.96，磨光的金子反 射比几乎等于0.98，而常温下空气对热射线呈 现透明的性质。
第七章
热辐射基本定及 物体的辐射特性
§7-1 热辐射的基本概念
一. 热辐射本质及特点
１、基本概念
辐射：发射辐射能是各类物质的固有特性。当 原子内部的电子受温和振动时，产生交替变化 的电场和磁场，发出电磁波向空间传播，这就 是辐射。
热辐射:由于自身温度或热运动的原因面激发 产生的电磁波传播，就称热辐射。
Eb
0
Leabharlann BaiduEb
d
0
ec
2
c15
(T )
1
d
T 4
式中，σ= 5.67×10-8 w/(m2K4)， 是Stefan-Boltzmann常数。
描述了黑体辐射力随表面温度的变化规律。
1879年Stefan实验，1884年 Boltzman热力学 理论得出；将Plank’s Law积分即得。
•认为几乎全部入射能量都被空腔吸收殆尽。从
这个意义上讲，小孔非常接近黑体的性质。
§7-2 黑体辐射的基本定律
1.黑体概念
黑体：是指能吸收投入到 其面上的所有热辐射能的 物体，是一种科学假想的 物体，现实生活中是不存 在的。但却可以人工制造 出近似的人工黑体。
图7-5 黑体模型
2.热辐射能量的表示方法
２、特点：
① 不需要物体直接接触。热辐射不需中间介质， 可以在真空中传递，而且在真空中辐射能的传 递最有效。
② 在辐射换热过程中，不仅有能量的转换，而 且伴随有能量形式的转化。
• 辐射：辐射体内热能→辐射能；
• 吸收：辐射能→受射体内热能
③ 只要温度大于零就有能量辐射。不仅高温物 体向低温物体辐射热能，而且低温物体向高温 物体辐射热能，
３、 电磁波谱
电磁辐射包含了多种形式，如图7-1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0.1－100μm。
电磁波的传播速度：
C = fλ 式中：f — 频率，s-1; λ— 波长，μm
电磁辐射波谱
图7-1
3. 物体对热辐射的吸收、反射和穿透
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
(2)Stefan-Boltzmann定律(第二个定律)
辐射力E：
单位时间内，物体的单位表面积向半球空间发 射的所有波长的能量总和。 (W/m2)；
从总体上表征物体发射辐射能本领的大小。
光谱辐射力Eλ：
单位时间内，单位波长范围内(包含某一给定 波长)，物体的单位表面积向半球空间发射的 能量。 (W/m3)；
E、Eλ关系:
显然，E和Eλ之间具有如下关系：
(3)黑体辐射函数
图7-7 特定波长区段内的黑体辐射力
在实际中，有时需求出某一特定波长的辐射能量。
即下图中的在1和2之间的线下面积。黑体在波
长λ1和λ2区段内所发射的辐射力，如图7-7所示：
Eb
2
1
黑体光谱辐射力随波长和温度的依变关系
图7-6 Planck 定律的图示
分析:
⑴在一定温度下，黑体在不同波长范围内辐射能量 各不相同。
⑵维恩位移定律：随着温度T增高，最大单色辐射 力Ebλ,max所对应的峰值波长λmax逐渐向短波方向移 动,λ max*T=2897.6μK。
⑶黑体T<1400K，辐射大部分能量集中在λ=0.7610μm内，从而可以忽略可见光。常温下，实际物 体的辐射主要是红外辐射。
体反射可见光。 ⑶理想辐射模型均是对全波长而言的。
图7-3 镜反射
图7-4 漫反射
• 黑体具有最大的吸收力(α=1)， 同时亦具有最大的辐射力 (ε=1)。在实际物体中不存在 绝对黑体，为此引出人工黑体， 如图所示。
•具有一个小孔的等温空腔表面，若有外部投射 辐射从小孔进入空腔内，必将在其内表面经历无 数次的吸收和反射，最后能够从小孔重新选出去 的辐射能量必定微乎其微。
• 但是，在分析实际物体表面的吸收、反射和透 过特性的时候，必须非常谨慎地对待波长，尤 其要注意不能以肉眼的直观感觉来判断某物体 吸收比的高低。
在理解上述基本概念时，应注意以下几个问题： ⑴镜反射和漫反射。一般工程材料均形成漫反射。 • 镜面反射：入射角=反射角，表面粗糙度<波长 • 漫反射： 表面粗糙度>波长 ⑵物体的颜色。关键在于是物体本身发射可见光还是物
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 物体对热辐射的吸收反射和穿透
对于大多数的固体和液体： 0, 1 对于不含颗粒的气体： 0, 1
维恩Wien位移定律（1893热力学理论得出）
λm与T 的关系由Wien位移定律给出：
mT 2.8976 103 m K
维恩位移定律的发现在普朗克定律之前，但 可以通过将普朗克定律对λ求导得到。
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。
E
0
E d
黑体一般采用下标b表示，如黑体的辐射力
为Eb，黑体的光谱辐射力为Ebλ
3.黑体辐射的三个基本定律及相关性质
(1)普朗克Planck定律(第一个定律) (1900年）：
Eb
c15
ec2 (T ) 1
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；
为研究辐射特性可提出以下理想辐射模型： 黑体：α=1 ρ=0 τ=0； 白体：α=0 ρ=1 τ=0； 透明体：α=0 ρ=0 τ=1
• 自然界和工程应用中，完全符合理想要求的黑 体、白体和透明体虽然并不存在，但和它们根 相象的物体却是有的。
• 例如，煤炭的吸收比达到0.96，磨光的金子反 射比几乎等于0.98，而常温下空气对热射线呈 现透明的性质。
第七章
热辐射基本定及 物体的辐射特性
§7-1 热辐射的基本概念
一. 热辐射本质及特点
１、基本概念
辐射：发射辐射能是各类物质的固有特性。当 原子内部的电子受温和振动时，产生交替变化 的电场和磁场，发出电磁波向空间传播，这就 是辐射。
热辐射:由于自身温度或热运动的原因面激发 产生的电磁波传播，就称热辐射。
Eb
0
Leabharlann BaiduEb
d
0
ec
2
c15
(T )
1
d
T 4
式中，σ= 5.67×10-8 w/(m2K4)， 是Stefan-Boltzmann常数。
描述了黑体辐射力随表面温度的变化规律。
1879年Stefan实验，1884年 Boltzman热力学 理论得出；将Plank’s Law积分即得。
•认为几乎全部入射能量都被空腔吸收殆尽。从
这个意义上讲，小孔非常接近黑体的性质。
§7-2 黑体辐射的基本定律
1.黑体概念
黑体：是指能吸收投入到 其面上的所有热辐射能的 物体，是一种科学假想的 物体，现实生活中是不存 在的。但却可以人工制造 出近似的人工黑体。
图7-5 黑体模型
2.热辐射能量的表示方法
２、特点：
① 不需要物体直接接触。热辐射不需中间介质， 可以在真空中传递，而且在真空中辐射能的传 递最有效。
② 在辐射换热过程中，不仅有能量的转换，而 且伴随有能量形式的转化。
• 辐射：辐射体内热能→辐射能；
• 吸收：辐射能→受射体内热能
③ 只要温度大于零就有能量辐射。不仅高温物 体向低温物体辐射热能，而且低温物体向高温 物体辐射热能，