传热学-热辐射基本定律和辐射特性

热辐射计算公式

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 1

注：期中（第10周左右）将前半部分测验作业寄给班主任，期末面授时将后半部分测验作业直接交给任课教师。总成绩中，作业占15分。 2

传热学课程自学指导书第一章绪论一、本章的核心、重点及前后联系（一）本章的核心 1、导热、对流、辐射的基本概念。 2、传热过程传热量的计算。（二）本章重点 1、导热、对流、辐射的基本概念。 2、传热过程传热量的计算。（三）本章前后联系简要介绍了热量传递的三种基本方式和传热过程二、本章的基本概念、难点及学习方法指导（一）本章的基本概念 1、热传导导热（Heat Conduction）：物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递称为导热。特点：从宏观的现象看，是因物体直接接触，能量从高温部分传递到低温部分，中间没有明显的物质迁移。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。液体：第一种观点类似于气体，只是复杂些，因液体分子的间距较近，分子间的作用力对碰撞的影响比气体大；第二种观点类似于非导电固体，主要依靠弹性波（晶格的振动，原子、分子在其平衡位置附近的振动产生的）的作用。热流量：单位时间传递的热量称为热流量，用Ф表示，单位为W。 3

热辐射的基本概念_黑体、白体、镜体、透明体

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。

热辐射基本定律

热辐射的基本定律 ? ?smyt_1983 ?2位粉丝 ? 1楼在工程技术中，在日常生活中，辐射换热现象是屡见不鲜的。太阳对大地的照射是最常见的辐射现象。高炉中灼热的火焰会烘烤得人们难以忍受…太阳对人造卫星的辐射，会使卫星的朝阳面的温度明显地高于卫星背阳面的温度；高温发动机部件与飞机机体之间的辐射换热严重地影响着飞机的结构与强度设计，等等。特别是近年来，人类对太阳能的利用，都大大地促进了人们对辐射换热的研究。本章首先介绍辐射的基本特性和基本规律；然后重点讨论物体之间的辐射换热规律；最后对气体辐射换热的特点作扼要的介绍。第一节基本概念 1－1 热辐射的本质和特征由于不同的原因，物体能够向其所在的空间发射各种不同波长的电磁波；不同波长的电磁波具有不同的效应，人们可以利用不同波长的电磁波效应达到一定的目的。比如，人们可以利用无线电波传送信息，利用x射线穿透物质的能力进行零件探伤，利用热射线传递热能，等等。人们根据电磁波不同效应把电磁波分成若干波段。波长λ＝0.38一0.76μm的电磁波段称为可见光波段λ＝0. 76—1000 μm的电磁波段称为红外波段(一般将红外波段范围又分为近红外波段和远红外波段，近红外波段为λ＝0.7—25μm，远红外波段为λ＝25—1000μm)；波长大于1000μm的电磁波段称为无线电波段(根据其波长的不同又可分为雷达、视频和广播三个波段)；波长小于0.4μm的电磁波依次分为紫外线、x射线和Y射线等。可见光和红外线以及紫外线的一部分被物体吸收后产生热效应，即波长λ＝0.1—1000 μm范围内的电磁技能被物体吸收变为热能，因此，这一波长范围的电磁波称为热射线。因为在一般常见的工业温度条件下，其辐射波长均在这一范围，所以本课程所感兴趣的将是热射线，下面将专门讨论这一波长范围内电磁波的发射、传播和吸收的规律。一、热辐射的本质和特点

第8章热辐射基本定律和辐射特性(杨世铭,陶文栓,传热学,第四版,答案)

第8章热辐射基本定律和辐射特性课堂讲解课后作业【8-10】一等温空腔的内表面为漫射体，并维持在均匀的温度。其上有一个面积为0.022 m 的小孔，小孔面积相对于空腔内表面积可以忽略。今测得小孔向外界辐射的能量为70W ，试确定空腔内表面的温度。如果把空腔内表面全部抛光，而温度保持不变，问这一小孔向外的辐射有何影响？【解】小孔可以当做黑体来处理，4T A Φσ= 498.4496K 02 .01067.570 484 b =??==-A E T σ 小孔的黑体特性与空腔的内表面的性质无关，故不影响小孔向外的辐射。【8-18】暖房的升温作用可以从玻璃的光谱穿透比变化特性解释。有一块厚为3mm 的玻璃，经测定，其对波长为0.3～2.5μm 的辐射能的穿透比为0.9，而对其他波长的辐射能可以认为完全不穿透。试据此计算温度为5800K 的黑体辐射及温度为300K 的黑体辐射投射到该玻璃上时各自的总穿透比。【解】 ()()()()()()()() [] 12212 1 2 1 2 1 2 2 1 1 ~0b ~0b ~b b b b b b b b b b b b b b 0 b 9.09.0d 9 .0d 9.0d d d d d λλλλλλ λλλλλλ λλ λλλλλλλλ λ λλτλ λτλ λτλλτλλττF F F E E E E E E E E E E E E E E -==== = + + ==???????∞ ∞ T 1=5800K ，K m 174058003.011?=?=μλT ，K m 1450058005.212?=?=μλT ()0.032854 1~0b =λF ，()0.9660652~0b =λF ()()[][]0.8398899032854 .0966065.09.09.01 2 ~0b ~0b =-=-=λλτF F T 2=300K ，K m 903003.011?=?=μλT ，K m 0573005.212?=?=μλT ()0.0000288 1~0b =λF ，()0.000242~0b =λF ()()[][]0.000190080.0000288 0.000249.09.01 2 ~0b ~0b =-=-=λλτF F 【8-21】温度为310K 的4个表面置于太阳光的照射下，设此时各表面的光谱吸收比随波长的变化如附图所示。试分析，在计算与太阳能的交换时，哪些表面可以作为灰体处理？为什么？【解】太阳辐射能的绝大部分集中在2μm 以下的区域，温度为310K 的物体辐射能则绝大部分在6μm 以上的红外辐射，由图可见，第一种情形与第三种情形，上述波段范围内单色吸收率相同，因而可以作为灰色处理。

热辐射成像实验

实验3 热辐射成像实验热辐射是19世纪发展起来的新学科，至19世纪末该领域的研究达到顶峰，以致于量子论这个婴儿注定要从这里诞生。黑体辐射实验是量子论得以建立的关键性实验之一，也是高校实验教学中一重要实验。物体由于具有温度而向外辐射电磁波的现象成为热辐射，热辐射的光谱是连续谱，波长覆盖范围理论上可从0到∞，而一般的热辐射主要靠波长较长的可见光和红外线。物体在向外辐射的同时，还将吸收从其他物体辐射的能量，且物体辐射或吸收的能量与它的温度、表面积、黑度等因素有关。【实验目的】 1、研究物体的辐射面、辐射体温度对物体辐射能力大小的影响，并分析原因。 2、测量改变测试点与辐射体距离时，物体辐射强度P 和距离S 以及距离的平方S 2的关系，并描绘P-S 2曲线。 3、依据维恩位移定律，测绘物体辐射能量与波长的关系图。 4、测量不同物体的防辐射能力，你能够从中得到哪些启发？（选做） 5、了解红外成像原理，根据热辐射原理测量发热物体的形貌（红外成像）。【实验原理】热辐射的真正研究是从基尔霍夫（G.R.Kirchhoff ）开始的。1859年他从理论上导入了辐射本领、吸收本领和黑体概念，他利用热力学第二定律证明了一切物体的热辐射本领r (ν,T )与吸收本领α(ν,T )成正比，比值仅与频率ν和温度T 有关，其数学表达式为： ),() ,(),(T F T T r νναν= （3-1）式中F (ν,T )是一个与物质无关的普适函数。在1861年他进一步指出，在一定温度下用不透光的壁包围起来的空腔中的热辐射等同于黑体的热辐射。1879年，斯特藩（J.Stefan ）从实验中总结出了黑体辐射的辐射本领R 与物体绝对温度T 四次方成正比的结论；1884年，玻耳兹曼对上述结论给出了严格的理论证明，其数学表达式为： 4T R T σ= （3-2）即斯特藩-玻耳兹曼定律，其中4212/10673.5K cm w -?=σ为玻耳兹曼常数。 1888年，韦伯（H.F.Weber ）提出了波长与绝对温度之积是一定的。1893年维恩（wilhelmwien ）从理论上进行了证明，其数学表达式为：

黑体辐射实验

实验十黑体辐射实验实验者：头铁的小甘引言：任何物体，只要温度大于绝对零度，就会向周围发生辐射，这称为温度辐射。黑体是指能够完全吸收所有外来辐射的物体，处于热平衡时，黑体吸收的能量等于辐射的能量，由于黑体具有最大的吸收本领，因而黑体也就具有最大的辐射本领。这种辐射是一种温度辐射，辐射的光谱分布只与辐射体的温度有关，而与辐射方向及周围环境无关。 6000o K 5000o K 4000o K 3000o K 图 1 黑体辐射能量分布曲线黑体辐射 p lanck 公式十九世纪末，很多著名的科学家包括诺贝尔奖获得者，对黑体辐射进行了大量实验研究和理论分析，实验测出黑体的辐射能量在不同温度下与辐射波长的关系曲线如图 1 所示，对于此分布曲线的理论分析，历上曾引起了一场巨大的风波，从而导致物理世界图像的根本变革。维恩试图用热力学的理论并加上一些特定的假设得出一个分布公式－维恩公式。这个分布公式在短波部分与实验结果符合较好，而长波部分偏离较大。瑞利和金斯利用经典电动力学和统计物理学也得出了一个分布公式，他们得出的公式在长波部分与实验结果符合较好，而在短波部分则完全不符。如图 2。因此经典理论遭到了严重失败，物理学历史上出现了一个变革的转折点。实验原理： Planck 提出：电磁辐射的能量只能是量子化的。他认为以频率ν做谐振动的振子其能量只能取某些分立值，在这些分立值决定的状态中，对应的能量应该是某一最小能量的 h ν整数倍，即 E=nh ν,n=1,2,3,…，h 即是普朗克常数。在此能量量子化的假定下，他推导出了著名的普朗克公式 )() 1(35 1 2--= Wm e C E T C T λλλ

热辐射

崇明县新光中学课堂教案设计表课题热在固体中和真空中的传递授课时间课时教学目标知识目标：通过热在金属中的传递实验，知道热在固体以传导的方式传递。能力目标：初步学会运用理论推测的方法揭示固体的热传递方式情感目标：通过辐射传递热的实验，知道热在空气中除通过对流方式外还可以通过辐射等方式传递。重点难点教学重点：1．热在固体中以传导的方式传递。 2．辐射传热不需要介质。教学难点：1．通过粒子理论解释传导现象。 2．辐射传热的现象以及辐射与传导、对流传热的根本差异学情教情分析教学准备铜棒、隔热板、氯化钴试纸、酒精灯\温度计2支，100瓦灯泡、灯座、接线板。教学过程设计教学过程教师活动学生活动设计意图导入新课在屏幕上投出物质的三态粒子构成模式图以及相关表格。让学生明确热在固体中不可能通过对流传递。 ◆回顾物质的三态特性，并复习热在气体和液体中的传递方式——对流。明确热在固体中不可能通过对流传递。教学过程教师活动学生活动设计意图教授新课实验1 ◆提问：为什么要将氯化钴试纸能湿？ ◆提问：为什么在铜棒靠近酒精灯一侧加隔热板。 ◆提问：为什么A氯化钴试纸最先变绿？最先A 变绿然后B变绿最后C 变绿的实验结果可以得出什么结论？ ◆注视教师的实验操作过程并思考教师提出的问题。通过实验现象知道热在固体中从高温的一端传递到低温的一端的方式称为传导说明：隔热板可使用泡沫塑料制作但在靠近火焰一侧需加硬纸板。

教授新课2.屏幕上投出实验装置或使用教材中的图片作参考。要求思考为什么两支温度计的安装位置不同？ ◆预测实验结果。 ◆为什么要记录两支温度计的起始温度 ◆实验结果的分析。 ①要对实验结果进行比较分析。 ②两支温度计升温幅度不同的原因是由于热在空气中可以通过对流和辐射等方式传递。 ◆观看图片并安装实验装置。 ◆思考：为什么两支温度计的安装位置不同？ ◆预测实验结果，并填写工作纸。 ◆记录两支温度计的起始温度。 ◆记录5分钟后两支温度计温度。组内分析实验结果。列举辐射传递热的例子小结热在固体中从高温的一端传递到低温的一端的方式称为传导热在空气中可以通过对流和辐射等方式传递。作业反思与重建

基础科学黑体红外热辐射实验

黑体红外热辐射实验热辐射是19世纪发展起来的新学科，至19世纪末该领域的研究达到顶峰，以致于量子论这个婴儿注定要从这里诞生。黑体辐射实验是量子论得以建立的关键性实验之一，也是高校实验教学中一重要实验。物体由于具有温度而向外辐射电磁波的现象成为热辐射，热辐射的光谱是连续谱，波长覆盖范围理论上可从0到∞，而一般的热辐射主要靠波长较长的可见光和红外线。物体在向外辐射的同时，还将吸收从其他物体辐射的能量，且物体辐射或吸收的能量与它的温度、表面积、黑度等因素有关。 1. 1862年，基尔霍夫根据实验提出了理想黑体的概念 2. 1896年，维恩把热力学考察和多普勒原理结合起来，应用到空腔辐射的压缩。他指出，在一定温度下的辐射密度可以通过反射壁包围辐射区域的绝热收缩或绝热膨胀，转变到另一温度的辐射，从而得出了黑体辐射的能量按波长（或频率）分布的公式，又称维恩公式。这个公式的短波部分同实验数据很好符合，并足以解释为什么光谱的极大强度在黑体的温度升高时愈来愈向短波方向移动。 3. 1900年，瑞利应用经典统计力学和电磁理论来计算一个封闭腔的热辐射。他指出，随着封闭腔被加热，那么腔中将建立一个电磁场，这个电磁场可分解成为一个具有不同频率和不同方向的驻波系统，每一个这样的驻波就是电磁场的一个基本状态。于是在一定频率间隔内的场能的计算变为去导出基元驻波的个数，由此得到一个新的热辐射公式。可是瑞利在推导中错了一个因数8，这个错误为英国当时只有27岁的金斯所发现。他于1905年给《自然》杂志的一封信中加以修正，即把原来的瑞利公式用8去除，得到了现在称之为瑞利-金斯公式。这是企图用古典理论来处理黑体辐射的又一重要尝试。这个公式表明，辐射能量密度的频率分布正比于频率的平方。于是在长波部分与实验数据基本相符，但在短波部分却完全不相符合，因此此时按公式计算而得到的辐射能量将变成无穷大，显然这是不可能的。古典理论与实验事实产生了很大的矛盾，这种情况曾被荷兰物理学家埃伦菲斯特称为“紫外灾难”。事实上，维恩公式与瑞利—金斯公式，各从一个侧面反映出物体辐射中的部分规律，但在解释全部热辐射现象却产生了矛盾和“灾难”，这就充分暴露了经典物理学本身的缺陷。 4. 1900年，普朗克指出，为了得到和实验符合的黑体辐射公式（普朗克公式），必须抛弃经典物理学中关于物体可以连续辐射或吸收能量的概念，而代之以新的概念。他认为可以将构成黑体腔壁的物质看作带电的线性谐振子，它们和腔内的电磁场交换能量（辐射或吸收能量）。而这些微观谐振子只能处于某些特定的状态，在这些状态中它们的能量是最小能量ε0的整数倍。它辐射或吸收能量时只能由一个可能状态跃迁到另一可能状态，即能量只可一份一份地改变，而不能连续地变化。这最小能量ε0称为能量子，它与振子的振动频率v成正比，比例系数就是h （普朗克常数），ε0=hv根据这些假设可以成功地导出普朗克黑体辐射公式。普朗克的能量子假说，突破了经典物理学的旧框架，首次提出了微观系统的量子特性，从而打开了认识微观世界的大门，是现代物理学史上又一次革命性的发现。【实验目的】 1.了解黑体辐射的历史并明白它在近代物理学发展中的重要地位。 2.研究物体的辐射面、辐射体温度对物体辐射能力大小的影响。 3.研究物体辐射能量和距离之间的关系。【实验器材】

热辐射实验

1.实验题目：热辐射与红外扫描成像系列实验 2.实验目的 1）学习热辐射的背景知识及相关定律，理解科学家们创造性的思维方法和相关实验技术。 2）学习用虚拟仪器研究热辐射基本定律，测量Planck 常数。 3）了解红外扫描成像的基本原理，掌握扫描成像的实验方法和技术。 4）培养学生运用热辐射的基本原理和相关技术进行基础研究和应用设计的能力。 3.实验内容 1）验证热辐射基本定律，用黑体辐射公式测量Planck 常数 2）研究和测定物体不同表面状态的辐射发射量 3）研究辐射发射量与距离的关系 4）红外扫描成像实验研究 5）红外无损探伤实验研究 6）红外温度计的设计与材料热性质的研究 7）运用热辐射基本定律和本实验装置进行自主应用设计性实验 4.实验原理 1. 了解热辐射的基本概念和定律当物体的温度高于绝对零度时，均有红外光向周围空间辐射出来，红外辐射的物理本质是热辐射。其微观机理是物体内部带电粒子不停的运动导致热辐射效应。热辐射的波长和频率在0.76?100μ之间，与电磁波一样具有反射、透射和吸收等性质。设辐射到物体上的能量为Q ，被物体吸收的能量为Q α，透过物体的能量为Q τ，被反射的能量为Q ρ。由能量守恒定律可得： Q=Q α+Q τ+Q ρ归一化后可得： +1Q Q Q Q Q Q βαταβτ+=++= （1）式中α为吸收率，τ为透射率，ρ为反射率。 1.1 基尔霍夫定律基尔霍夫指出：物体的辐射发射量M 和吸收率α的比值M/α与物体的性质无关，都等同于在同一温度下的绝对黑体的辐射发射量M B ，这就是著名的基尔霍夫定律。

1 212()B M M M f t αα====L （2）基尔霍夫定律不仅对所有波长的全辐射（或称总辐射）而言是正确的，而且对任意单色波长λ也是正确的。 1.2 绝对黑体能完全吸收入射辐射，并具有最大辐射率的物体叫做绝对黑体。实验室中人工制作绝对黑体的条件是：1）腔壁近似等温，2）开孔面积<<腔体。本实验中我们利用红外传感器测量辐射方盒表面的总辐射发射量M 。M 是所有波长的电磁波的光谱辐射发射量的总和，数学表达式为： M M d λλ∞ =∫ （3）上式被称为斯蒂芬-玻尔兹曼定律。不同的物体，处于不同的温度，辐射发射量都不同，但有一定的规律。比辐射率ε的定义：物体的辐射发射量与黑体的辐射发射量之比，即 00d =d B B T B M M M M λλλελελ ∞∞??==????∫∫物体辐射发射量黑体辐射发射量（4）由基尔霍夫定律可知，辐射发射量M与吸收率α的关系：B M M α= 由能量守恒定律和基尔霍夫定律，即公式（1）和（2）联立求解 1B M M αβτα++=??=? 可得: ()1B M M τρ=?? （5）由上述知识可知，若我们测出物体的辐射发射量和黑体的辐射发射量，便可求出物体的吸收率，还可以获得物体反射率和透射率的有关信息。 2. 空气中热辐射的传播规律研究我们知道，许多物理量都与距离 r 的反平方成正比。现代物理学认为，这很大程度上是由空间的几何结构决定的。以天体辐射为例，如果距离 r 的指数比 2 大或者比 2 小，就会影响太阳的辐射场，使地球温度过低或者过高，从而不适合碳基生命形式的存在。那么热源的辐射量与距离的关系是否也遵循这一规律呢？对于球形均值热源和各种不同形状和不同材料构成的热源的辐射量在空气中的衰减规律及其分布是否都遵循反平方定律呢？我们首先引进几个概念。辐射功率 P ：单位时间内传递的辐射能 W ，即

2.1.2 热辐射的基本定律

2.1.2 热辐射的基本定律第七章光的量子性本章主要介绍历史上在研究黑体辐射，光电效应和康普顿效应时，怎样打破经典理论成见，逐渐认识到光的波粒二象性，并阐述波粒二象性的含义。 §7—1 热辐射、基尔霍夫定律一、几种不同形式的辐射物体向外辐射将消耗本射的能量。要长期维持这种辐射，就必须不断从外面补偿能量，否则辐射就会引起物质内部的变化。在辐射过程中物质内部发生化学变化的，叫做化学发光。用外来的光或任何其它辐射不断地或预先地照射物质而使之发光的过程叫做光致发光。由场的作用引起的辐射叫场致发光。另一种辐射叫做热辐射，这种辐射在量值方面和按波长分布方面都取决全辐射体的温度。任何温度的物体都发出一定的热辐射。一物体 500℃左右，暗红色。随温度不断上升，辉光逐渐亮起来，而且波长较短的辐射越来越多。1500℃变成明亮的白炽光。同一物体在一定温度下所辐射的能量，在不同光谱区域的分布是不均匀的，而且温度越高，光谱中与能量最大的辐射相对应的频率也越高。在一定温度下，不同物体所辐射的光谱成份有显著的不同。二、辐射出射度和吸收比从上面知道：在单位时间内从物体单位面积向各个方向所发射的，频率在νννd +→范围内的辐射能量Φd 与ν和T 有关，而且νd 足够小时，可认为与νd 成正比 ν ννd E d T T =Φ, T E ,ν是ν和T 的函数，叫做该物体在温度T 时发射频率为ν的单色辐射出射度（单色辐出度）。它的物理意义是从物体表面单位面积发出的，频率在ν附近的单位频率间隔内的辐射功率。它反映了在不同温度下，辐射能量按频率分布的情况。单位为 s m J m W ?=22// 从特体表面单位面积上所发出的各种频率的总辐射功率，称为物体的辐射出射度。用 )(0T Φ表示： νννd E d T T T ,0 ,0 0)(??∞ ∞ =Φ=Φ )(0T Φ只是温度的函数。T E ,ν和)(0T Φ同表面情况有关。另一方面，当辐射照射到某一不透明物体表面时，其中一部分能量将被物体散射或反射，另一部分能量则被物体所吸收。用T d ,νΦ表示频率在ν和ννd +范围内照射到温度为 T 的物体的单位面积上的辐射能量；T d ,ν Φ'表示物体单位面积上所吸收的辐射能量，则

热辐射的研究

热辐射的研究热辐射是19世纪发展起来的一门新学科，它的研究得到了热力学和光谱学的支持，同时用到了电磁学和光学的新兴技术，因此发展很快。到19世纪末，这个领域已经达到这样的高峰，以致于量子论这个婴儿注定要从这里诞生。热辐射实际上就是红外辐射。1800年，赫谢尔（W.Herschel）在观察太阳光谱的热效应时首先发现了红外辐射，并且证明红外辐射也遵守折射定律和反射定律，只是比可见光更易于被空气和其他介质吸收。1821年，塞贝克（T.J. Seebeck）发现温差电现象并用之于测量温度。1830年，诺比利（L. Nobili）发明了热辐射测量仪。他用温差电堆接收包括红外辐射在内的热辐射能量，再用不同材料置于其间，比较它们的折射和吸收作用。他发现岩盐对热辐射几乎是完全透明的，后来就用岩盐一类的材料做成了各种适用于热辐射的“光学”器件。与此同时，别的国家也有人对热辐射进行研究。例如：德国的夫琅和费在观测太阳光谱的同时也对光谱的能量分布作了定性观测；英国的丁铎尔（J. Tyndall）、美国的克罗瓦（A.P.P. Crova）等人都测量了热辐射的能量分布曲线。其实，热辐射的能量分布问题很早就在人们的生活和生产中有所触及。例如：炉温的高低可以根据炉火的颜色判断；明亮得发青的灼热物体比暗红的温度高；在冶炼金属中，人们往往根据观察凭经验判断火候。因此，很早就对热辐射的能量分布问题发生了兴趣。美国人兰利（https://www.360docs.net/doc/0c15314877.html,ngley）对热辐射做过很多工作。1881年，他发明了热辐射计，可以很灵敏地测量辐射能量。图19.13就是兰利的热辐射计。他用四个铂电阻丝组成电桥，从检流计测出电阻的温度变化。为了测量热辐射的能量分布，他设计了很精巧的实验装置，用岩盐作成棱镜和透镜，仿照分光计的原理，把不同波长的热辐射投射到热辐射计中，测出能量随波长变化的曲线，从曲线可以明显地看到最大能量值随温度增高向短波方向转移的趋势（图19.14）。1886年，他用罗兰凹面光栅作色散元件，测到了相当精确的热辐射能量分布曲线。兰利的工作大大激励了同时代的物理学家从事热辐射的研究。随后，普林舍姆（E. Pringsheim）改进了热辐射计；波伊斯（C. V. Boys）创制了微量辐射计；帕邢（F. Paschen）又将微量辐射计的灵敏度提高了多倍。这些设备为热辐射的实验研究提供了极为有力的武器。与此同时，理论物理学家也对热辐射展开了广泛研究。1859年，基尔霍夫证明热辐射的发射本领和吸收本领的比值与辐射物体的性质无关，并提出了黑体

第7章-热辐射的基本定律

第七章热辐射的基本定律在工程技术中，在日常生活中，辐射换热现象是屡见不鲜的。太阳对大地的照射是最常见的辐射现象。高炉中灼热的火焰会烘烤得人们难以忍受‘太阳对人造卫星的辐射，会使卫星的朝阳面的温度明显地高于卫星背阳面的温度；高温发动机部件与飞机机体之间的辐射换热严重地影响着飞机的结构与强度设计，等等。特别是近年来，人类对太阳能的利用，都大大地促进了人们对辐射换热的研究。本章首先介绍辐射的基本特性和基本规律；然后重点讨论物体之间的辐射换热规律；最后对气体辐射换热的特点作扼要的介绍。第一节基本概念 1－1 热辐射的本质和特征由于不同的原因，物体能够向其所在的空间发射各种不同波长的电磁波；不同波长的电磁波具有不同的效应，人们可以利用不同波长的电磁波效应达到一定的目的。比如，人们可以利用无线电波传送信息，利用x射线穿透物质的能力进行零件探伤，利用热射线传递热能，等等。人们根据电磁波不同效应把电磁波分成若干波段。波长λ＝0.38一0.76μm的电磁波段称为可见光波段λ＝0.76—1000 μm的电磁波段称为红外波段(一般将红外波段范围又分为近红外波段和远红外波段，近红外波段为λ＝0.7—25μm，远红外波段为λ＝25—1000μm)；波长大于1000μm的电磁波段称为无线电波段(根据其波长的不同又可分为雷达、视频和广播三个波段)；波长小于0.4μm的电磁波依次分为紫外线、x射线和Y射线等。可见光和红外线以及紫外线的一部分被物体吸收后产生热效应，即波长λ＝0.1—1000 μm范围内的电磁技能被物体吸收变为热能，因此，这一波长范围的电磁波称为热射线。因为在一般常见的工业温度条件下，其辐射波长均在这一范围，所以本课程所感兴趣的将是热射线，下面将专门讨论这一波长范围内电磁波的发射、传播和吸收的规律。一、热辐射的本质和特点 1、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。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。显然，热辐射是电磁波，电磁波的波长范围可从几万分之一微米到数千米，它们的名称和分类如图所示。通常把λ＝0.1—100μm范围的电磁波称热射线，其中包括可见光线、部分紫外线和红外线具有波动和量子特性。 2、特点热辐射的本质决定了热辐射过程有如下三个特点：

热辐射实验报告

热辐射实验报告组员：丁博G012012297 郝景龙G012012311郭有信G012012115 何思文G012012297付光顺G012012297 一、实验原理理论研究表明处于热平衡时，物体的辐射强度由下式确定：4I=T εσ 上式中的σ=5.6703*-81024W m K 是斯特藩-玻尔兹曼常数；T 是物体的绝对温度，ε 是物体表面的吸收率，一般ε≤1，对于理想辐射体，ε=1。最大光强度对应的波长由下式确定： max c 0.002898m K ==T T λ? T 是物体的绝对温度。二、仪器安装：实验平台线路已连接三、实验内容 1、当立方体处于热平衡时，旋转立方体将其有洞的一面正对红外光传感器，并使两者间距2cm 。 2、用导轨上的夹子确定转动传感器的起始位置，将红外传感器放置在立方体左侧开始扫描。 3、按红外传感器上的清零键“TARE ”，点击数据处理软件的“START ”。移动转动传感器使红外光传感器完整扫描立方体。点击“STOP ”。 4、记录腔体温度。

5、将黑色一面正对红外传感器，重复扫描。按红外传感器的清零键“TARE”，从同一位置开始扫描。 6、将光滑面正对红外传感器，再次扫描。将白色面正对红外传感器，再次扫描。四、注意事项： 1在加热立方腔过程中，注意红外传感器不要正对立方体。 2在移动转动传感器时注意移动速度不要太慢，防止红外传感器过热损坏。 3试验线路不要乱接，防止损坏仪器。五、实验结果

六、实验反思： 1在实验过程中，不要乱改线路。由于我们组实验时盲目按照

课本接线，致使实验无法进行。 2熟练应用软件是实验成功的另一必然要求。当打开软件时，感觉对其都不了解，定义各个接口就花费了我们很长时间。3熟练掌握实验内容，首先应熟识各个实验仪器，如转动传感器、红外光传感器、温度传感器。

传热学知识点

传热学主要知识点 1. 热量传递的三种基本方式。热量传递的三种基本方式：导热(热传导)、对流(热对流)和热辐射。 2．导热的特点。 a 必须有温差； b 物体直接接触； c 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量； d 在引力场下单纯的导热一般只发生在密实的固体中。 3.对流（热对流）(Convection)的概念。流体中（气体或液体）温度不同的各部分之间，由于发生相对的宏观运动而把热量由一处传递到另一处的现象。 4对流换热的特点。当流体流过一个物体表面时的热量传递过程，它与单纯的对流不同，具有如下特点： a 导热与热对流同时存在的复杂热传递过程 b 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；也必须有温差 c 壁面处会形成速度梯度很大的边界层 5.牛顿冷却公式的基本表达式及其中各物理量的定义。 h 是对流换热系数单位 w/(m 2 k) q ''是热流密度（导热速率），单位(W/m 2) φ是导热量W 6. 热辐射的特点。 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辐射； b 可以在真空中传播； c 伴随能量形式的转变； d 具有强烈的方向性； e 辐射能与温度和波长均有关； f 发射辐射取决于温度的4次方。 7.导热系数, 表面传热系数和传热系数之间的区别。导热系数：表征材料导热能力的大小，是一种物性参数，与材料种类和温度关。表面传热系数：当流体与壁面温度相差1度时、每单位壁面面积上、单位时间内所传递的热量。影响h 因素：流速、流体物性、壁面形状大小等传热系数：是表征传热过程强烈程度的标尺，不是物性参数，与过程有关。 (w) )(∞-=''t t h q w 2 /)(m w t t Ah A q w ∞-=''=φ

黑体热辐射实验

黑体辐射实验（41070101）实验背景：早在1859年，德国物理学家基尔霍夫在总结当时实验发现的基础上，用理论方法得出一切物体热辐射所遵从的普遍规律：在相同的温度下，各辐射源的单色辐出度Mi（λ，T）与单色吸收率αi（λ，T）成正比，其比值对所有辐射源（i=1，2，┄）都一样，是一个只取决于波长λ和温度T的普适函数。而黑色物体对可见光能强烈吸收，则当获取能量时也应有在可见光区的强烈辐射，因而从黑体辐射的角度研究确定普适函数的具体形式就具有极大的吸引力。显然，如果单色吸收率αi （λ，T）=1，则该辐射源的单色辐出度Mi（λ，T）就是要研究的普适函数。而 αi（λ，T）=1的辐射体就是绝对黑体，简称黑体。黑体的辐射亮度在各个方向都相同，即黑体是一个完全的余弦辐射体，辐射能力小于黑体，但辐射的光谱分布与黑体相同的温度辐射体称为灰体。任何物体，只要其温度在绝对零度以上，就向周围发射辐射，这称为温度辐射; 只要其温度在绝对零度以上，也要从外界吸收辐射的能量。处在不同温度和环境下的物体，都以电磁辐射形式发出能量，而黑体是一种完全的温度辐射体，即任何非黑体所发射的辐射通量都小于同温度下的黑体发射的辐射通量；并且，非黑体的辐射能力不仅与温度有关，而且与表面的材料的性质有关，而黑体的辐射能力则仅与温度有关。在黑体辐射中，存在各种波长的电磁波，其能量按波长的分布与黑体的温度有关。实验目的：1、了解黑体辐射实验现象，掌握辐射研究方法； 2、学会仪器调整与参数选择，提高物理数量关系与建模能力； 3、通过验证定律，充实物理假说与思想实验能力。实验仪器： WGH-10型黑体实验装置专门用于进行黑体辐射能量的测量和任意发射光源的辐射能量的测量。可以记录出发光源的辐射能量曲线。在实验时，通过改变光源的温度，分别进行扫描，可以从记录的光谱辐射曲线直接看到维恩位移定律的现象，并能够对普朗克定律、斯忒藩-波尔兹曼定律进行较精确的验证。

传热学简答题

1.热量传递的三种基本方式？机理？自然界是否存在单一的热量传递方式？举例答：三种方式为热传导，热辐射，热对流。热传导是物体各部分之间不发生相对位移，依靠分子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热能传递。热对流是由于流体的宏观运动而引起的流体各部分之间发生相对位移，冷、热流体相互掺混所导致的热量传递过程。热辐射是物体通过由于热的原因而产生的电磁波来传递能量的方式。存在，太阳与地球间的热辐射，固体的热量由热的一端流向冷的一端。 2.导热系数及不同相态的材料导热系数差异？答：=λ 3．导热、对流、辐射换热之间的区别？答：导热与辐射中物体各部分是不发生相对位移的，而对流中流体各部分发生相对位移。导热与对流均需要介质才能传递热量且无能量形式的转换，而辐射则不需要介质且有伴随着能量形式的转换。 4.什么是温度场？什么是温度梯度？答：各个时刻物体的各点温度所组成的集合称为温度场。温度梯度是温度变化的速度与方向，它是温度变化最剧烈的方向。 5.等温线的概念与性质？答：温度场在同一瞬间相同温度的各点连成的线叫等温线。物体中的任一条等温线要么形成一个封闭的曲线，要么终止在物体表面上，它不会与另一条等温线相交。当等温线图上每两条相邻等温线的温度间隔相等时，等温线的疏密可直观的反映出不同区域导热热流密度的相对大小，等温线越密，热流密度越大。 6.导热微分方程及其理论依据？答：Φ+????+????+????=??)()()(z t z y t y x t x t pc λλλτ，依据为能量守恒定律，即导入微元体的总热流量+微元体内热源的生成热=导出微元体的总热流量+微元体热力学能的增量。 7.定解条件及常见边界条件？答：定解条件：使微分方程获得某一特定问题的解的附加条件。1）初始条件：给出初始时刻的温度分布2）边界条件：给出导热物体边界上的温度或换热情况。第一类边界条件：规定了边界上的温度值。第二类边界条件：规定了边界上的热流密度值。第三类边界条件：规定了边界上物体与周围流体间的表面传热系数h 及流体温度tf 。对稳态问题只需边界条件。 8.肋片导热的特点及加肋的原因？答：特点：肋片伸展的方向上有表面的对流传热及辐射传热，因而肋片中沿导热热流方向上热流量是不断变化的。原因：采用肋片可有效的增加换热面积，增加对流传热量。 9.非稳态导热的基本概念及其区别于稳态导热的基本特点？答：物体的温度随时间而变化的导热过程称为非稳态导热。区别：非稳态导热过程中在热量传递方向上不同位置处的导热量是不同的。 10.什么叫集中参数法？实质？使用时应注意什么问题？答：忽略物体内部导热热阻的简化分析方法称为集中参数法。实质是固体内部的导热热阻远小于其表面的换热热阻时，任何时刻固体内部的温度都趋于一致，以致于可以认为整个固体在同一瞬间均处于同一温度下。应注意只适用于当Bi=hl ／λ≤0.1(平板)、0.05（圆柱）、0.033（球）时。 11.试说明无限大平板的概念并举例子，可以按无限大平板来处理的非稳态导热问题？答：从X=0的界面开始可以向正向以及上、下方向无限延伸，而在每一个与X 坐标垂直的截面上物体的温度都相等的物体。例子：一块几何上为有限厚度的平板，起初具有均匀的温度，然后其一侧表面突然受到热扰动。当扰动的影响还局限在表面附近而尚未深入到平板内部去时，就可把该平板视为—“半无限大物体”。 12.对流换热定义？对流换热系数是怎样定义出来的？影响h 的因素？研究h 的常用方法？答：流体流过固体表面时流体与固体间的热量交换称为对流传热。m t A h ??Φ =。影响因素：（1）流体流动的动因（2）有无相变（3）流动状态（4）换热表面的几何因素（5）流体的物理性质。研究方法：（1）分析法（2）实验法（3）比拟法（4）数值法。 13.傅里叶定律中的负号起什么作用？牛顿冷却公式是如何解决的？)(w s t t h q -=与)(s w t t h q -=两式各自描述什么对流换热？答：负号说明热量传递方向与温度升高方向相反。牛顿冷却公式是通过定义温差△t 的概念来解决的。△t 恒大于0.。)(w s t t h q -=是凝结换热，而)(s w t t h q -=则是计算流体沸腾时的换热量。其中s t 为饱和流体温度，w t 为壁面温度。 14.流体流动边界层及其厚度和热边界层及其厚度的定义？边界层理论的要点？答：流动边界层：当流体流过固体壁面时，由于流体黏性的作用使得在固体壁面附近存在速度发生剧烈变化的薄层。达到主流速度的99%处距离y 为流动边界层厚度δ。热边界层：固体表面附近流体温度发生剧烈变化的薄层。一般以过余温度为来流过余温度的99%处定义为其厚度δt 。要点：1.边界层厚度远小于特征长度；2.边界层到过渡区，再到湍流，湍流分为湍流核心区，层流底层；3.把流场分为主流区与边界层区；4主流区列出惯性流体微分方程，边界层区列粘性流体微分方程。 15.相似原理的主要内容？怎么判断两物理现象相似？相似原理的用途？通过相似原理对于强制对流换热，自然对流换热，非稳态无限大平板问题可以表示成什么无因次量的函数关系？答：主要内容：同名相似特征数相等；同一类现象中相似特征数的数量及其间的关系；两个同类物理现象相似的充要条件。判断：同名的已定特征数相等；单值性条件相似（初始条件、边界条件、几何条件、物理条件）。管内强制对流：Nu=f （Re ，Pr ），自然对流：Nu=f （Gr ，Pr ），非稳态：),(0 Fo Bi f =θθ，用途：①减少实验次数，得出一个通用性的规律或结果；②得出的结

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。五、热辐射的基本定律有： 1、普朗克定律： 2、斯蒂芬—玻尔兹曼定律： W/（m2·K4）对灰表面 3、兰贝特定律：或对漫表面才有此关系。 4、基尔霍夫定律：在热平衡条件下得出温度不平衡条件下几种不同层次：（1）、无条件成立；（2）、漫表面成立；

热辐射的基本概念·辐射、热辐射和辐射波谱

辐射、热辐射和辐射波谱无锡凤谷工业炉（1）辐射、热辐射和辐射波谙辐射是物质固有的属性。热辐射则是许多辐射现象中的一种。辐射具有横波(电磁波)和粒子(光子)的二象性。物体的原子内部电子的振动或激发，会产生交替变化的电磁场，实现电磁波的发射和传播，或者说，会释放光子，光子以射线方式传播，直到被所遇到的其他原子吸收为止。辐射的过程就是物体的内能转变为辐射能，以发射电磁波、或者说，以发射光子的形式对外放射，当辐射能落在另一些物体上而被吸收时，可以转化为该物体的内能增量而产生热效应、化学效应、或光电效应等。各种不同效应的产生取决于投射的电磁波的波长和受投射物体的性质。 2)热辐射及其波长任何温度大于绝对零度的物体.都会将它的热能不断地转换为辐射能向外发射，这种由于温度的原因而发生的电磁波(光子)辐射称为热辐射。从理论上说，物体热辐射的电磁波波长可以包括电磁波的整个波谱范围，即波长从零到无穷大。然而在工业上所遇到的温度范围

内(T≤1400K)，有实际意义的热辐射波长位于波谱的0.38~1000μm之间，即在可见光与红外线范围，见表3-1。而且，热辐射的大部分能量位于0.76~20μm范围内，故红外线有时俗称热射线当热辐射线投射到受射物体而被其吸收时，就产生了加热效应。显然，当热辐射的波长大于0.76脚时，人们的眼睛将看不见它们。 3)辐射波的速率和光子的能量各种电磁辐射波，包括热辐射线都以光速在空间进行传播。电磁波的速率等于辐射波长同其频率的乘积。由此可见，不同的电磁波可由波长或频率来确定其性质。当辐射线从一种介质进人另一种介质而出现折射的情况下，其频率不变，而速率及波长将发生变化。电磁波或者光子所携带的能量，即辐射能。1900年普朗克(planck)把辐射的关于波和粒子的二象性联系了起来，创立了量子学说，把光子看作一种具有能量和质量的粒子，提出了一个光子的能量为：由此可见，光子的能量随其频率而不同。