第三章 电磁辐射源
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第二章 热辐射与电磁辐射源
第一节 表征电磁辐射的物理量 第一节 热辐射 第二节 太阳辐射源 第三节 地球辐射源 第四节 人工辐射源
第一节 表征电磁辐射的物理量
辐射能量 Q • 辐射通量 (radiant flux) Φ • 辐射通量密度 (irradiance) E、(radiant
exitance) M • 辐射强度 (radiant intensity) I • 辐射亮度 (radiance) L • 分谱辐射通量
普朗克量子假说
物体中分子、原子等的振动可视作带电的线性谐振子。 这些谐振子只能存在于一些分离的状态中
这些分离的状态所对应的能量是不连续的，其相应的 参量是某一最小能量的整数倍。
辐射或吸收参量时，振子从这些状中之一跃迁到另一 个状态。
所以能量是不连续的，存在着最小单元（能量子hv) 物体发射或吸收能量必须是小单元的整数倍，且是一 份一份不连续的方式进行的。
热辐射能量的大小及波长分布取决于物体本身的温度。 吸收系数：物体吸收能量与入射总能量之比。
吸收能量 α 入射总能量 绝对黑体：任何温度、频率和波长条件下吸收系数
恒百度文库于1 的物体称为“绝对黑体”，简称黑体。
绝对黑体
任何温度、频率和波长条件下吸收系数恒等于 1 的物体称为“绝对黑体”，简称黑体。
对于黑体，有：a ,T 1
显然，黑体的反射率和透射率均为0：
r 0
0
灰体：各波长吸收率近似为一小于1的常数 的物体
一、普朗克公式
1、普朗克公式：
绝对黑体在波长为，绝对温度为T时的辐射通 量密度为
Mb
(, )
2hc2 5
1
hc
e 1
式中：C—3 1010 cm /秒，光速；h—6.625610-34瓦.秒2， 普适恒量；K—1.38 10-23瓦.秒.K-,玻尔兹曼常数；— 波长；T—绝对温度;
需要注意的是： 文献中的称谓不尽相同，关键看单位 最重要的是密度（辐照度）和亮度 凡是涉及面积的都要注意使用法向面积，即cosθ
第二节 热辐射
概念 普朗克公式 史蒂芬—玻尔兹曼公式 维思位移定律 基尔霍夫定律
一、概念
热辐射 自然界中一切物体。当温度高于绝对零度 （-273℃）时，都会不断向四周空间辐射电磁波，这种 现象称为热辐射。
3/11
辐射通量密度 (irradiance) E、(radiant exitance) M
单位面积上的辐射通量称为辐射通量密度。自放射面射出的辐射 通量密度为辐射度（辐出度， radiant exitance）；也称辐照度；
到达接收面上的辐射通量密度称为辐照度（ irradiance）：
E=dΦ / dA M=d Φ / dA
辐射源
被辐照物
辐照度
辐
射
出
射
度
辐射体
辐射通量密度的单位是瓦/米²（W/m²）
法向
4/11
辐射强度 (radiant intensity) I
辐射强度是描述点辐射源的辐射特性的，指 在某一方向上单位立体角内的辐射通量：
I=d Φ / d Ω
辐射强度
点辐射源
Ω=A/R² 2π、4 π
各向同性源？
辐射强度（I）的单位是瓦/球面度（W/Sr）
M b (, )
M (, ) (, )
1
单位：cm-1
7/11
小结
辐射度量一览表
辐射量 辐射能量 辐射通量 辐照度 辐射出射度 辐射强度 辐射亮度
光谱辐照度 光谱辐出度 光谱辐亮度
符号 Q Φ E M I L
E M L
定义
d Q/ dt( λ) d Φ / dA d Φ / dA dΦ / d Ω
2Φ / A Ω dE/d dM/d dL/d
6/11
辐射亮度 (radiance) L
单位面积、单位波长、单位立体角内的辐射 通量称为辐射亮度：
通量 Φ
L=³ Φ / A λ Ω
θ
面辐射源 A 图中出射辐射亮度是多少？
辐射亮度（L）的单位是瓦 / 米²•微米•球面度 （W/m²• μm • Sr）
波数 ν
单位长度（CM）内所包含的波长数：
三、维思位移定律
对普朗克公式对 微分后求极大植，即得出黑体后最 大辐射能的波长（ m ）与其对应绝对温度（T）的关 系式为:
m b
b 0.2897cm K
上式说明：黑体的绝对温度增高时，它辐射能最大的波段 向短波方向移动。据此可对特定的目标选择红外遥感的最 佳波段。
四、基尔霍夫定律
基尔霍夫发现：任何物体在任一给定的温度和波长条件下，它的 辐射通量密度和吸收系数之比是一个常数，并且等于同一温度波 长下，绝对黑体的辐射通量密度。
单位 焦耳(J) 瓦(W) 瓦/米²(W/m²) 瓦/米²(W/m²) 瓦/球面度(W/Sr) 瓦/米²•球面度(W/m²• Sr)
瓦/米²•微米(W/m²• um) 瓦/米²•微米(W/m²• um)
瓦/米²•球面度•微米 (W/m²• Sr •um)
基本辐射量总结：
11/11
表征辐射的物理量很多：能量、通量、密度、强度、 亮度，以及谱（分谱）……
二、史蒂芬—玻尔兹曼公式
对普朗克公积分得：
Mb
(
)
0
E0
(,
)d
4
式总中辐：射能0(;T)=—（绝5.6对69温7度 时0.0，00黑29体)单10位1时2瓦间/ c和m单2K位4面,为积史上蒂发芬出—的玻
尔兹曼常数;T—绝对温度.
上式可见：绝对黑体表面上，单位面积发出的总辐射能与绝 对温度的四次方成正比，对于一般物体可用上式概略推算出 总辐射能与绝对温度的关系
5/11
分谱辐射通量
辐射通量是波长λ的函数，单位波长间隔内 的辐射通量称为分谱辐射通量：
辐
射
Φλ=dΦ/dλ
通 量
波长
λ1- λ2间隔内的 Φ(λ1- λ2)? 总辐射通量Φ ？ 分谱辐射通量的单位是瓦/微米（W/μm）
6/11
分谱？？？
分谱辐射通量 分谱辐照度、分谱辐射出射度 分谱辐射强度
“分谱”两字可以忽略
• 波数 ν
1/11
辐射能量 Q
电磁辐射是具有能量的，它表现在：
• 使被辐照的物体温度升高 • 改变物体的内部状态 • 使带电物体受力而运动 …… 辐射能量（Q）的单位是焦耳（J）
2/11
辐射通量 (radiant flux) Φ
在单位时间内通过的辐射能量称为辐射 通量：
Φ=dQ/ dt
辐射通量（Φ）的单位是瓦特=焦耳/秒 （W=J/S）
第一节 表征电磁辐射的物理量 第一节 热辐射 第二节 太阳辐射源 第三节 地球辐射源 第四节 人工辐射源
第一节 表征电磁辐射的物理量
辐射能量 Q • 辐射通量 (radiant flux) Φ • 辐射通量密度 (irradiance) E、(radiant
exitance) M • 辐射强度 (radiant intensity) I • 辐射亮度 (radiance) L • 分谱辐射通量
普朗克量子假说
物体中分子、原子等的振动可视作带电的线性谐振子。 这些谐振子只能存在于一些分离的状态中
这些分离的状态所对应的能量是不连续的，其相应的 参量是某一最小能量的整数倍。
辐射或吸收参量时，振子从这些状中之一跃迁到另一 个状态。
所以能量是不连续的，存在着最小单元（能量子hv) 物体发射或吸收能量必须是小单元的整数倍，且是一 份一份不连续的方式进行的。
热辐射能量的大小及波长分布取决于物体本身的温度。 吸收系数：物体吸收能量与入射总能量之比。
吸收能量 α 入射总能量 绝对黑体：任何温度、频率和波长条件下吸收系数
恒百度文库于1 的物体称为“绝对黑体”，简称黑体。
绝对黑体
任何温度、频率和波长条件下吸收系数恒等于 1 的物体称为“绝对黑体”，简称黑体。
对于黑体，有：a ,T 1
显然，黑体的反射率和透射率均为0：
r 0
0
灰体：各波长吸收率近似为一小于1的常数 的物体
一、普朗克公式
1、普朗克公式：
绝对黑体在波长为，绝对温度为T时的辐射通 量密度为
Mb
(, )
2hc2 5
1
hc
e 1
式中：C—3 1010 cm /秒，光速；h—6.625610-34瓦.秒2， 普适恒量；K—1.38 10-23瓦.秒.K-,玻尔兹曼常数；— 波长；T—绝对温度;
需要注意的是： 文献中的称谓不尽相同，关键看单位 最重要的是密度（辐照度）和亮度 凡是涉及面积的都要注意使用法向面积，即cosθ
第二节 热辐射
概念 普朗克公式 史蒂芬—玻尔兹曼公式 维思位移定律 基尔霍夫定律
一、概念
热辐射 自然界中一切物体。当温度高于绝对零度 （-273℃）时，都会不断向四周空间辐射电磁波，这种 现象称为热辐射。
3/11
辐射通量密度 (irradiance) E、(radiant exitance) M
单位面积上的辐射通量称为辐射通量密度。自放射面射出的辐射 通量密度为辐射度（辐出度， radiant exitance）；也称辐照度；
到达接收面上的辐射通量密度称为辐照度（ irradiance）：
E=dΦ / dA M=d Φ / dA
辐射源
被辐照物
辐照度
辐
射
出
射
度
辐射体
辐射通量密度的单位是瓦/米²（W/m²）
法向
4/11
辐射强度 (radiant intensity) I
辐射强度是描述点辐射源的辐射特性的，指 在某一方向上单位立体角内的辐射通量：
I=d Φ / d Ω
辐射强度
点辐射源
Ω=A/R² 2π、4 π
各向同性源？
辐射强度（I）的单位是瓦/球面度（W/Sr）
M b (, )
M (, ) (, )
1
单位：cm-1
7/11
小结
辐射度量一览表
辐射量 辐射能量 辐射通量 辐照度 辐射出射度 辐射强度 辐射亮度
光谱辐照度 光谱辐出度 光谱辐亮度
符号 Q Φ E M I L
E M L
定义
d Q/ dt( λ) d Φ / dA d Φ / dA dΦ / d Ω
2Φ / A Ω dE/d dM/d dL/d
6/11
辐射亮度 (radiance) L
单位面积、单位波长、单位立体角内的辐射 通量称为辐射亮度：
通量 Φ
L=³ Φ / A λ Ω
θ
面辐射源 A 图中出射辐射亮度是多少？
辐射亮度（L）的单位是瓦 / 米²•微米•球面度 （W/m²• μm • Sr）
波数 ν
单位长度（CM）内所包含的波长数：
三、维思位移定律
对普朗克公式对 微分后求极大植，即得出黑体后最 大辐射能的波长（ m ）与其对应绝对温度（T）的关 系式为:
m b
b 0.2897cm K
上式说明：黑体的绝对温度增高时，它辐射能最大的波段 向短波方向移动。据此可对特定的目标选择红外遥感的最 佳波段。
四、基尔霍夫定律
基尔霍夫发现：任何物体在任一给定的温度和波长条件下，它的 辐射通量密度和吸收系数之比是一个常数，并且等于同一温度波 长下，绝对黑体的辐射通量密度。
单位 焦耳(J) 瓦(W) 瓦/米²(W/m²) 瓦/米²(W/m²) 瓦/球面度(W/Sr) 瓦/米²•球面度(W/m²• Sr)
瓦/米²•微米(W/m²• um) 瓦/米²•微米(W/m²• um)
瓦/米²•球面度•微米 (W/m²• Sr •um)
基本辐射量总结：
11/11
表征辐射的物理量很多：能量、通量、密度、强度、 亮度，以及谱（分谱）……
二、史蒂芬—玻尔兹曼公式
对普朗克公积分得：
Mb
(
)
0
E0
(,
)d
4
式总中辐：射能0(;T)=—（绝5.6对69温7度 时0.0，00黑29体)单10位1时2瓦间/ c和m单2K位4面,为积史上蒂发芬出—的玻
尔兹曼常数;T—绝对温度.
上式可见：绝对黑体表面上，单位面积发出的总辐射能与绝 对温度的四次方成正比，对于一般物体可用上式概略推算出 总辐射能与绝对温度的关系
5/11
分谱辐射通量
辐射通量是波长λ的函数，单位波长间隔内 的辐射通量称为分谱辐射通量：
辐
射
Φλ=dΦ/dλ
通 量
波长
λ1- λ2间隔内的 Φ(λ1- λ2)? 总辐射通量Φ ？ 分谱辐射通量的单位是瓦/微米（W/μm）
6/11
分谱？？？
分谱辐射通量 分谱辐照度、分谱辐射出射度 分谱辐射强度
“分谱”两字可以忽略
• 波数 ν
1/11
辐射能量 Q
电磁辐射是具有能量的，它表现在：
• 使被辐照的物体温度升高 • 改变物体的内部状态 • 使带电物体受力而运动 …… 辐射能量（Q）的单位是焦耳（J）
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辐射通量 (radiant flux) Φ
在单位时间内通过的辐射能量称为辐射 通量：
Φ=dQ/ dt
辐射通量（Φ）的单位是瓦特=焦耳/秒 （W=J/S）