热辐射的基本概念_黑体、白体、镜体、透明体
8-1 热辐射的基本概念
THANKS
近红外:<25 m 远红外线:>25 m
工业上有实际意义的热辐射区域：一般为0.38-100ห้องสมุดไป่ตู้m，
且大部分能量位于红外线区段的0.76-20m内。
二、物体对热辐射的吸收、反射和穿透
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，如图所示。
G G G G G G G 1 GGG
1
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1. 固体和液体： 辐射和吸收是在表面上进行
0, 1
吸收能力大的,反射本领就小。 但玻璃对可见光、短红外线是透明的；
对其它波长的射线，则有 0
反射又分镜反射和漫反射两种
镜反射
漫反射
一般工程材料的表面都形成漫反射。
热辐射的基本概念
一、热辐射的本质和特点
(1) 定义：由热运动产生的，以电磁波形式传递的能量。
(2) 特点：
a) 任何物体，只要温度高于0 K，就会不停地向周围空间 发出热射线；
b) 可以在真空中传播； c) 伴随能量形式的转变。
可见光波段： 0.38-0.76m 全红外线波段： 0.76-1000m
2. 气体（不含颗粒的）： 辐射和吸收是在整个容器中进行
0, 1
吸收性大的气体,其穿透性就差。
3. 三种特殊物体
1）黑体： 1 吸收最大 2）白体： 1
3）透明体： 1 如纯净的空气
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黑体模型(人工黑体):
热辐射基本定律
选择性吸收和穿透实例：温室效应、物体的颜色等
温室效应：利用了玻璃对辐射能吸收的选择性 （对λ＜3μm的辐射能穿透比很大， 对λ＞3μm的辐射能穿透比很小）
物体的颜色变化：取决于物体表面对可见光的选择 性吸收特性
辐射力的概念
(1) (全色)辐射力E
——单位时间内物体的单位表面积向半球空间的所
有方向辐射出去的全部波长范围内的能量, W/m2。
表征物体表面向外界发射辐射能本领的大小。
(2) 单色辐射力E λ（光谱辐射力） ——单位时间内物体的单位表面积向半球空间的所
有方向辐射出去的在包含λ在内的单位波长内的能
量，W/m3。 (3) E与E λ的关系：
3、吸收比α ——物体对投入辐射所吸收的百分比. (表征物体表面对外来能量的反应)
按定义: G ; 即：
G
1
0
(,T1)G(,T2 )d
0 (,T1) (,T2 )Eb (T2 )d
0 G(,T2 )d
0 (,T2 )Eb (T2 )d
α的数值取决于： (1) 吸收辐射物体本身的状况(表面1的性质和温度); (2) 投入辐射的特性(能量按波长的分布) (即表面2的性
E 0 Ed
对于黑体 ,则有 : Eb
0 Eb d
8.2.1 斯忒藩—玻耳兹曼定律（四次方定律） ——反映黑体的(全色)辐射力与温度的关系
Eb T 4
或Eb
C0
(T ) 100
4
其中： σ——黑体辐射常数(5.67×10-8W/m2.K4) C0——黑体辐射系数(5.67W/m2.K4)
8.2.2 普朗克定律
热辐射的概念
热辐射的概念
热辐射是指物体因其温度而向周围放射出来的电磁辐射。
热辐射是一种自然现象，它的特征是不需要介质传递，可以在真空中传播。
热辐射的光谱分布可以用普朗克定律和维恩定律来描述。
热辐射的发生与物体的温度有关。
当物体的温度升高时，它所发射的热辐射的波长也会变化。
这是因为发射出来的辐射的波长是与物体温度直接相关的。
当物体温度较低时，辐射主要是红外线，而当物体温度升高时，辐射的波长会逐渐变短，出现橙色、黄色、白色的波长，最终甚至可以变成紫色。
这就是为什么蜡烛的火焰是橙色，而钨丝灯泡的光线是白色的原因。
热辐射的描述可以使用两个定律：维恩定律和普朗克定律。
维恩定律描述了一个黑体辐射谱的波峰位于哪个波长，而普朗克定律描述了黑体确定的波长强度的大小。
黑体是自己吸收并完全发射辐射的物体。
热辐射有时被称为黑体辐射，因为它是由具有完美吸收和发射性质的理想化物体发射的。
普朗克定律描述了黑体各个波长的辐射量与波长和温度之间的关系。
这个定律表明，当温度升高时，波长的范围扩大，同时曲线上使劲的峰值向紫色或蓝色的方向移动。
维恩定律描述了黑体光谱的峰位以及波长和温度之间的关系。
它指出，波长较短、能量较高的光线与较高的温度相对应。
这个理论通过一个称为维恩位移率的公式来计算出波峰的波长。
总之，热辐射是物体因温度而辐射电磁波的自然现象。
这种现象不需要介质传递，可以在真空中传播，对于许多日常生活中的物理现象，如自然界的现象或者人工电器等都具有重要的应用价值和理论意义。
了解热辐射的特性和规律有重要的实际意义。
热辐射基础知识
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。
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。
2. 特点： 热射线的本质决定了热辐射过程有如下特点： ① 它是依靠电磁波向物体传输热量，而不是依靠物质的接触来传递热量。 ② 辐射换热过程中伴随着能量的两次转换：发射时，物体的内能转换成辐射能；接受时，辐
射能转换成内能。 ③ 一切物体只要其温度 T>0K ，都在不断发生热辐射。
▪2020/2/8
▪3
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▪4
热辐射定义和特点
③ 电磁波的应用：
各种波长的电磁波在生产、科研与日常生活中有着广泛的应用。对于红外辐射（infrared radiation），它又有近红外与远红外之分，大体上以25������������为界（国际照明委员会定的界限）， 25������������以下的称为近红外线。波长在1mm~1m之间的电磁波称为微波（microwave），微波可以 穿透塑料、玻璃以及陶瓷制品，但却会被像水那样具有极性分子的物体吸收，在物体内部产生 内热源，从而使物体能比较均匀的得到加热。各类食品的主要成分是水，因而微波加热食物是 一种比较理想的加热手段，微波炉就是利用这一原理来加热的。波长大于1m的电磁波则广泛用 于无线电技术中。
热辐射基础知识
位于太阳照耀下被玻璃封闭起来的空间，例如小轿车、培养植物的暖房等，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。
▪.
▪12
热辐射四大定律
▪
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
▪
图3-3 普朗克温度分布
▪.
▪15
热辐射四大定律
▪
▪
▪.
▪24
热辐射换热计算
人们都有这样的经历，对于相同的室温，夏天在该室温的房间里可能仍然觉得热，而冬天在这样 的房间内则还有冷的感觉，这是什么原因呢？ 例题4：计算夏天与冬天站立在室温同为25℃的房间内的人体与环境的换热量差异。人体衣着与皮 肤的表面温度为30℃，表面发射率为0.95。夏天室内墙面温度为26℃，冬天为10℃。
▪.
▪20
热辐射换热计算
1. 热辐射换热计算要点： ① 空气没有辐射与吸收的能力，辐射换热是物体表面与周围其他固体表面间进行的。 ② 使用斯特藩-玻尔兹曼定律来计算辐射传热时，仅适用于物体被包围于大空腔中时的情形。 ③ 计算辐射换热量时，要同时考虑辐射出去的热量和吸收的热量，它们的差值就是换热量。 ④ 物体的表面黑度一般是通过实验测得的，与周围环境条件无关。 ⑤ 计算辐射换热时，我们一般假设在稳态条件下计算。
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。
传热学第九章辐射基本定律
绝对黑体（黑体） 吸收比 α=1 → 绝对黑体（黑体） 镜体（对于漫反射称为白体） 反射比 ρ=1 → 镜体（对于漫反射称为白体） 穿透比 τ=1 绝对透明体（透明体） → 绝对透明体（透明体）
10
2、黑体辐射 、
黑体的基本概念 辐射力和 辐射力和光谱辐射力 普朗克定律 维恩位移定律 斯蒂芬斯蒂芬-波尔兹曼定律 黑体辐射函数 兰贝特定律 小结
物体的黑度：ε=f（物质种类，表面温度，表面状况） 物体的黑度：ε=f（物质种类，表面温度，表面状况）
28
2)吸收热辐射的性质 2)吸收热辐射的性质
Eλ
E λ (T2 )
αλ
T1
λ
投入辐射与吸收辐射的关系
λ
29
光谱吸收比：物体对某一特定波长投入辐射能的吸收份额 份额。 光谱吸收比：物体对某一特定波长投入辐射能的吸收份额。 吸收比：物体对投入辐射在全波长范围内的吸收份额 吸收比： α=f（自身表面性质与温度T 辐射源性质与温度T α=f（自身表面性质与温度T1，辐射源性质与温度T2）
24
黑度： ① 黑度：
实际物体的辐射力与同温 度下黑体辐射力的比值 称为实际物体的黑度， 称为实际物体的黑度， 又称发射率 记为ε。 发射率， 又称发射率，记为 。
E ∫0 Eλ dλ ∫0 ελ Ebλ dλ ε= = = 4 Eb σT σT 4
∞ ∞
⇒ E = εEb = εσT 4
对于实际物体来说，黑度仍是温度的函数， 对于实际物体来说，黑度仍是温度的函数，即实 际物体的辐射力不满足四次方关系。 际物体的辐射力不满足四次方关系。
8
t>0K 内 的物体 能
热辐射传播速度c、波长 和频率 之间的关系c=f·λ 和频率f之间的关系 热辐射传播速度 、波长λ和频率 之间的关系 热辐射的主要波谱: 热辐射的主要波谱:
4.1 热辐射基本理论
[ ] Iλ (θ )
=
dQλ (θ ) (dA1 cosθ )dΩ
=
dI
dλ
λ
W (m2 ⋅ μm⋅ Sr)
I (θ ,ϕ ) = ∫0∞ Iλ (θ ,ϕ )dλ
３、辐射力(E)
I (θ ,ϕ) = dQ(θ ) (dA1 cosθ )dΩ
辐射力：发射体 每单位面积、在 单位时间、向半 球空间所发射的 全波长能量
光谱辐射力：若辐射力是针对某波长 λ 、波长间隔
为 dλ 范围内所发射的能量。 Eλ [W (m2 ⋅μ m)]
Eλ
=
∫02π
Iλ (θ ) ⋅ cosθ
⋅ dΩ=
dE
dλ
;
λ
E = ∫0∞ Eλ dλ
定向辐射力：发射体的单位面积、在单位时间内、 向某个方向单位立体角内发射的辐射能 Eθ [W（m2Sr)]
传热学
Heat transfer
张靖周
能源与动力学院
第七章
热辐射基本理论
7-1 热辐射的基本概念
一、热辐射的本质和特点
１热辐射：由于热的原因而产生的电磁波辐射 热辐射的电磁波是物体内部微观粒子的热运动状态改 变时激发出来的,发射辐射能是各类物质的固有特性
热辐射是电磁辐射（电磁波）的一种 ２电磁波谱： 电磁波波长从几万分之一微米到数千米
近的单位波长间隔内发射的辐射能量。 Eλ ,θ
[W (m2 ⋅ sr ⋅μ m)]
Eλ ,θ
=
dQ
dA1 ⋅ dΩ ⋅ dλ
=
dE
dΩ ⋅ dλ
E = ∫02π ∫0∞ Eλ,θ dλ ⋅ dΩ
7-2 黑体的辐射特性
一、普朗克定律
传热学七（ＰＤＦ）
Q = Qα + Qρ + Qτ Qα + Qρ + Qτ = 1 Q QQ
α + ρ + τ = 1
α－吸收率，－ρ 反射率，－τ穿透率（透射率）
在一般情况下，对于固体和液体(强吸收性介质)而言τ很小 可以忽略不计， ρ+α=1
原因：因分子间排列非常紧密，当热辐射能投射到固体表 表面时，马上被相邻的分子所吸收
[例]：教材P244例7-1 解：……由此例可见，黑体或实际物体当T升高时λm减小， 可见光及可见光中短波增加。
3.斯蒂芬-玻尔兹曼(Stefan-Boltzmann)定律
∫ = Eb
∞
= 0 Ebλ d λ
σbT 4
σ b = 5.67 ×10−8 斯蒂芬－波尔兹曼常数，W (m2 ⋅ K4 )
∆Eb
=λ2 λ1
Ebλ
dλ
定义：
F = b(λ1 −λ2 )
∆= Eb Eb
∫ λ2 λ1
Ebλ d λ
=
∞
∫0 Ebλ d λ
∫ 1
σT 4
λ E d λ2
λ1
bλ
(∫ ∫ ) =1 σT 4
λ λ λ2
0
Ebλ d
−
λ1 0
Ebλ
d
= F − F b(0−λ2 )
b(0−λ1 )
Fb(0-λ)为能量份额，意即波长从0至λ的黑体辐射占同温度下黑 体辐射力的百分数。而且：
L(θ ) = dφ (θ ) dA cosθ d Ω
n θ dΩ
dAcosθ dA
3). Lambert定律 表述为：黑体的定向辐射强度与方向无关。 即：
《热工基础》第十一章
12
A1
A2
Eb1
cos1 cos2r 2dA1来自A2Eb1A1
A2
cos1 cos2
r 2
dA1dA2
26
根据角系数的定义, 角系数X1,2和X2,1分别为
X1,2
12
A1Eb1
1 A1
A1
A2
cos1 cos2
r 2
dA1dA2
X 2,1
21
A2 Eb2
1 A2
A1
A2
cos1 cos2
常量(数)，又称为黑体辐射常数。
13
斯忒藩-玻耳兹曼定律表达式可直接由下式导出 ：
Eb
0 Ebd
0
C1
eC2 /(T
5
) 1
d
波段辐射力 Eb12
E E d b12
2 1 b
2 0
Eb d
1 0
Eb d
波段辐射力 Eb12 占黑体辐射力Eb的百分数
Fb12
Eb12 Eb
在的偏差包含在由实验确定
的发射率数值之中。
定向发射率（定向黑度）：
E Eb
L
Lb
实际物体不是漫发射体，定向
发射率是方向角 的函数。
18
金属 1.0 ~ 1.2
非金属
n
0.95 ~ 1.0
n
实际物体发射率
数值大小取决于材料
的种类、温度和表面
状况，通常由实验测
定。
几种非金属材料的定向发射率
19
2 0
Ebd
Eb
1 0
Ebd
Eb
Fb02
Fb01
14
根据普朗克定律表达式，
热辐射和黑体辐射
黑体辐射的能量分布遵循普朗克公式，该公式描述了黑体辐射在不同 波长下的辐射强度
黑体辐射的发射率等于其吸收率，即黑体能够完全吸收并再辐射入 射的辐射
黑体辐射的物理量
辐射功率：单位 时间内辐射的能 量
辐射通量密度： 单位时间内通过 单位面积的能量
辐射亮度：单位 时间内通过单位 面积和立体角的 能量
热辐射与黑体辐射的区别
定义：热辐射是 指物体由于具有 温度而辐射电磁 波的现象；黑体 辐射是指理想化 的完全吸收电磁 波的物体所发生
的辐射。
添加标题
辐射特性：热辐 射的辐射特性由 物体的温度决定； 黑体辐射的辐射 特性由物体的温 度和发射率决定。
吸收特性：热辐 射的吸收特性与 物体的发射率有 关；黑体辐射的 吸收特性与物体 的温度和发射率
有关。
添加标题
添加标题
应用场景：热辐 射在日常生活和 工业生产中广泛 应用，如加热、 照明等；黑体辐 射在科学研究、 工程技术和军事 领域有重要应用， 如红外遥感、红
外探测等。
添加标题
04
热辐射和黑体辐射的应用
热辐射的应用
加热和烹饪食物
工业温度测量和控制
红外线治疗 红外遥感技术
黑体辐射的应用
加热和熔炼：黑体辐射 可以用于加热和熔炼各 种金属材料，提高生产 效率和产品质量。
医疗和美容：黑体辐 射可以用于治疗各种 皮肤问题和美容护理， 如改善皮肤松弛、减 少皱纹等。
农业和养殖业：黑体辐 射可以用于促进植物生 长和动物育种，提高产 量和品质。
军事和航天：黑体辐射 可以用于制造高精度温 度传感器和红外探测器， 用于军事和航天领域。
05
化工原理35
１.管式换热器
（1)蛇管换热器
优点：结构简单，能承受高压，可用耐腐蚀性材料制作
a.沉浸式蛇管换热器 缺点：管内液体湍动程度低，管外对流系数小。
b.喷淋式蛇管换热器 和a相比b的传热效果大为改善。
(2)套管式换热器
能够承受高压强、总传热系数大、传热推动力大。
(3)列管式换热器
a.固定管板式
结构简单、造价低廉但由于壳程不易清洗和检修， 因此壳方流体应是较洁净且不易起垢的.一般有补偿圈.
λ1 r1 λ2 r2
λi ri
. 一套管换热器，冷、热解：并流时：Qh Qc
流体的进口温度分别为 WhC phT WCC pC t
55℃和115℃。并流操作 则WhC p（h 115 95） WCC p（C 75 55）
时，冷、热流体的出口 WhC ph WCC pC
温度分别为75℃和95℃。tm (60 20)/ln60 / 20 36.410 C
5－1黑体、镜体、透热体和灰体的概念
１．黑体： 能全部吸收辐射能的物体，其吸收率Ａ＝１。
黑体又称为绝对黑体。
２．镜体：
又称绝对白体，是指能全部反射辐射能，即反
射率Ｒ＝１的物体。
３．透热体： ４．灰体：
能透过全部辐射能，即透过全部辐射能，
即透过率Ｄ＝１的物体。
能以相同的吸收率且部分地吸收由零到∞所 有波长范围的辐射能物体。
3 板式换热器 影像资料
优点：由于流体在板片间流动湍动程度高，而且板片又薄，故 总传热系数K大。 板片间隙小(一般为4-6mm)，结构紧凑，金属耗 量可减少一半以上。 具有可拆结构，可根据需要调整板片数目以 增减传热面积。操作灵活性大，检修清洗也很方便。
缺点：允许操作的压强和温度比较低。通常操作压强不超 过2MPa，压强过高易渗漏。操作温度受垫片材料的耐热性限制， 一般不超过250℃
热辐射与黑体辐射物体的发光与吸收特性
热辐射与黑体辐射物体的发光与吸收特性热辐射和黑体辐射是物理学中的重要概念，它们对于理解物体的发光和吸收特性至关重要。
本文将介绍热辐射和黑体辐射的基本概念以及它们之间的关系。
1. 热辐射的概念热辐射是指物体因为温度而发出的电磁辐射。
所有物体都会发出热辐射，其能量和频率分布与物体的温度有关。
热辐射是由物体分子或原子的热运动产生的，其频率范围从红外线到可见光和紫外线。
2. 黑体辐射的概念黑体是指能够完全吸收所有辐射能量的理想物体，不会对入射电磁辐射进行反射或透射。
黑体是热辐射的一个理想化模型，用以研究物体的辐射特性。
黑体辐射的频率和能量分布由普朗克辐射定律给出，称为黑体辐射谱。
3. 黑体辐射的性质黑体辐射的能量分布与温度有关，并且随着温度的升高，辐射能量的峰值向更短的波长方向移动。
此外，黑体辐射的总辐射能量与温度的四次方成正比，由斯特藩-玻尔兹曼定律给出。
4. 发光特性通过观察黑体辐射，我们可以得出一条重要结论，即不同温度下的物体会以不同的颜色发光。
例如，低温物体发出的光偏红，而高温物体发出的光偏蓝。
这种现象被称为色温，是物体发光的一个重要特性。
5. 吸收特性物体对于入射的辐射能量的吸收程度也与其温度有关。
黑体吸收了所有入射的辐射能量，因此其吸收率为1。
其他物体的吸收率则小于1，不同材料的吸收率也不同。
吸收的辐射能量会导致物体温度的升高。
综上所述，热辐射和黑体辐射是物体发光和吸收特性的重要基础。
通过研究热辐射和黑体辐射，我们可以深入理解物体的发光和吸收行为，并进行相应的应用。
这对于研究光学、热学以及其他相关领域都具有重要意义，对于人类的科学发展产生了巨大的影响。
注：本文为一篇说明性文章，用于介绍热辐射和黑体辐射的基本概念和特性。
文章没有引用网址链接，内容准确、整洁美观，语句通顺，表达流畅，符合题目要求。
文章的字数超过了1500个字，以满足字数限制的要求。
热辐射的基本定理
第八章热辐射的基本定理本章从分析热辐射的本质和特点开始，结合表面的辐射性质引出有关热辐射的一系列术语和概念，然后针对辐射规律提出了热辐射的基本定律。
学习的基本要求是：理解热辐射本质和特点。
有关黑体、灰体、漫射体，发射率（黑率）、吸收率的概念。
理解和熟悉热辐射的基本定律，重点是斯蒂芬—玻尔兹曼定律和基尔霍夫定律。
了解影响实际物体表面辐射特性的因素。
主要内容有：一、作为表面的热辐射性质，主要有：对外来投射辐射所表现的吸收率、反射率、透射率和自由温度所表现出的发射率。
对实际表面，这些性质既有方向性又具有光谱性，即它们既和辐射的方向有关，又和辐射的波长有关。
所以实际表面的辐射性质是十分复杂的。
工程上为简化计算而提出了“漫”“灰”模型：前者指各向同性的表面，即辐射与反辐射性质与方向无关；后者指表面的辐射光谱与同温度黑体的辐射光谱相似，或表面的单色吸收率不随波长而变化是一个常数。
如某表面的辐射特性，除了与方向无关外，还与波长无关，则称为“漫—灰”表面，本教材主要针对这类表面作分析计算。
二、有关黑体的概念。
黑体既是一个理想的吸收体又是理想的发射体，在热辐射中可把它作为标准物体以衡量实际物体的吸收率和发射率。
基于黑体是理想吸收体，如把他置于温度为T的黑空腔中，利用热平衡的原理可推论出黑体尚具有如下特性：1、在同温度条件下，黑体具有最大的辐射力Eb，既（T）> （T）。
2、黑体的辐射力是温度的单调递增函数。
3、黑体辐射各向同性，即黑体具有漫射性质，辐射强度与方向无关，≠。
三、发射率发射率单色发射率与的关系对灰表面≠，可有= 。
四、辐射力E和辐射强度I均表示物体表面辐射本领。
只要表面温度T>0 K，就会有辐射能量。
前者是每单位表面积朝半球方向（0 K环境）在单位时间内所发射全波长的能量，而后者是某方向上每单位投影面积在单位时间、单位立体角内所发射的全波长能量。
它们之间的关系是，对黑体。
如果是单色辐射能量，相对有单色辐射力和单色辐射强度，并有，对黑体。
化工原理少学时课件和辅导教程考试重点例题复习题及课后答案24热辐射
2021/4/7
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四、两固体间的辐射传热
（一）辐射传热速率的计算
2021/4/7
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从高温物体1传给低温物体2的辐射传热系数：
Q12
C12A[(1T010)4
( T2 )4 ] 100
式中
Q1-2—辐射传热系数；W C1-2—总辐射系数；W/(m2·K4)（与两壁面的黑度以及 黑体的辐射系数有关）
间内，在某一波长λ下单位波长间隔向空间辐射的 能力，以E表示，单位W/（m3·μm）。
E ＝dE/d 黑体的单色辐射能力用符号Eb 表示。
2021/4/7
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对任一波长，灰体的单色辐射能力与黑体的单 色辐射能力之比均等于灰体的黑度，即：
E 定值
Eb
2021/4/7
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三、克希霍夫定律
E
E Eb αEb
2
热辐射的特点：
• 能量传递的同时还伴随着能量形式的转换； • 不需要任何介质，可在真空中传播。
2021/4/7
3
热 名称 辐 紫外线 射 可见光 线 红外线
波长λ， μm 0.1～0.38 0.38～0.76 0.76～1000
•大部分能量集中在0.76～20μm
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（二） 吸收率、反射率与透过率
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（四）固体、液体与气体的热辐射特点
固体、液体： 透过率τ=0 吸收率α+反射率ρ=1 固体和液体向外发射热辐射线和吸收投射 来的热辐射线都是在物体表面进行的，因 而，其表面情况对热辐射的影响较大。
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气体：
气体的辐射和吸收是在整个气体容积内进行 的，气体容积发射的热辐射能也是整个容积 内气体分子发射的热辐射能的总和。
热辐射与黑体辐射
热辐射与黑体辐射热辐射是指物体由于其内部热运动而产生的辐射能量。
所有温度高于绝对零度（-273.15摄氏度）的物体都会发出热辐射。
热辐射是一种电磁辐射，包括可见光、红外线和紫外线等。
在研究热辐射的过程中，黑体辐射是一个基本概念。
黑体辐射是指一个具有完美吸收和辐射能力的理想化物体所产生的热辐射。
它是热辐射的模型，用于描述物体的辐射特性。
黑体具有以下特点：1. 完美吸收：黑体可以完全吸收入射的辐射能量，不会有任何反射和透射。
2. 完美辐射：黑体可以以任意频率和任意强度辐射出能量，与其温度有关。
由于黑体辐射的简单性和普适性，它成为了研究热辐射和能量传输的基础。
根据黑体辐射的性质，研究者提出了一组定律，其中最著名的是斯特藩-玻尔兹曼定律、普朗克定律和维恩位移定律。
斯特藩-玻尔兹曼定律描述了黑体辐射的总辐射功率与其温度之间的关系。
公式如下：P = σT^4其中，P表示黑体辐射的总辐射功率，σ为斯特藩-玻尔兹曼常数（5.67 × 10^-8 W/m^2·K^4），T为黑体的温度（单位为开尔文）。
普朗克定律用于描述黑体辐射的频率分布。
它通过引入普朗克常数来解释黑体辐射能量的离散性。
公式如下：B(ν, T) = (2hν^3 / c^2) * (1 / (e^(hν / kT) - 1))其中，B(ν, T)表示在频率为ν、温度为T的条件下单位频率范围内的辐射能量密度，h为普朗克常数（6.63 × 10^-34 J·s），c为光速，k为玻尔兹曼常数（1.38 × 10^-23 J/K）。
维恩位移定律则定量描述了黑体辐射的频率与温度之间的关系。
根据该定律，辐射能量密度在最大功率输出频率处达到峰值。
公式如下：ν_max = (b / T)其中，ν_max表示最大功率输出频率，b为维恩位移常数（2.9 ×10^10 Hz·K）。
热辐射和黑体辐射的研究对于理解宇宙起源、星体物理学和热能转化等领域具有重要意义。
热辐射原理及计算
Eef2
E2 R2E1 1R1R2
q 1 2 E e1 f E e2 fE 1 1 R R 1 1 R E 2 2 E 1 2 R R 1 R 2 E 21
联立：
E
Eb
C0
T 4 100
R 1 A 1
q121 E 1b 1 12 E b2111 C 1 021 1T10 40 1T20 40
对壁面1，有效辐射Eef1(辐射及多次反射结果)为：
Eef1E1 1R1R2R12R2 2 R1E2 1R1R2R12R2 2
式中：无穷级数
2021/10/10 1R 1R 2R 1 2R 2 2 1R 11R 2
15
Ee
f1
E1 R1E2 1R1R2
同理，壁面2的有效辐射Eef2为：
解：①放遮热板前，炉门为四周所包围，则有：
1 2 1 . 0 , C 1 2 1 C 0 ,A A 1 , T 1 7 K , 2 T 2 3 3 K
Q 121C 0A 1 1 T 10 4 0 1 T 20 4 0 78W 9
2021/10/10
22
② 放遮热板后，因炉门与遮热板间距离小→两者之间辐 射传热视为两无限大平壁间的相互辐射，则有：
（φ ：一物体表面辐射的总能量落到另一物体表面的分率）
1
2
1
2
1 2
1 2
2021/10/10
14
(2) 两无限大灰体平行平壁间辐射传热计算q1-2
推导假设：
两大平壁→从一壁面发出的辐射能可全部投射到别一壁面上， φ=1；
两壁面间的介质为透过体→D=1(气体)； 1
21
2
两平壁均为不透过体→A+R=1。
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热辐射的基本概念·黑体、白体、镜体、透明体
凤谷工业炉
吸收率α=1 的物体叫做绝对黑体，简称黑体 ; 反射率ρ=1 的漫反射的物体叫做绝对白体，简称白体；反射率ρ=1 的镜面反射的物体叫做镜体; 透过率τ-1 的物体叫做绝对透明体，简称透明体。
这些都是假想的物体。
对于红外辐射，绝
大多数固体和液体实际上都是不透明体，但玻璃和石英等对可见光则是透明体。
注意，所谓黑体或白体，是指物体表面能全部吸收或全部反射所投射的辐射能而言，所以黑体并不一定是黑色，白体并不一定是白色。
看起来是白色的表面，也可能具有黑体的性质，这是因为 : 大部分热辐射的波长在 0.1~100μ m之间，而可见光辐射能的波长约有 0.38~0.76 μm之间。
这样，如果一个表面除可见光辐射范围外对其余所有的热辐射具有很高的吸收率，则它将几乎吸收全部的投射辐射，而反射的部分只有很小的份额，从这个意
义上说，该表面近似黑体，可是，它所反射的那很小的份额都处在可见光的波长范围内，因而该表面呈现白色。
例如，冰雪对人眼来说是白色的，它对可见光
是极好的反射体，但它却能几乎全部吸收红外长波辐射( α=0.96) ，接近于黑体。
对红外辐射的吸收和反射具有重要影响的，不是物体表面的颜色，而是表面的粗糙度。
不管什么颜色，平整磨光面的反射率要比粗糙面高很多倍，即其吸收率要比粗糙面小得很多。
气体无反射性，ρ=0；单原子气体，对称性双原子气体等不吸收热辐射线，透过率τ=1，可称为“透明体”，或“透明介质”。
空气中有蒸汽、 CO2时，就变成有吸收性的介质。
实际固体的吸收率除了与表面性质有关外，还与投人辐射的波长有关，即物体的 . 单色吸收率αλ、随投射辐射的彼长而变。