7热辐射的基本概念
传热学第七章
由黑体辐射函数表可查得
Fb(0−λ1 ) = 9.94% 可见光所占的比例为
Fb(0−λ2 ) = 54.59%
Fb(λ1−λ2 ) = Fb(0−λ2 ) − Fb(0−λ2 ) = 44.65%
华北电力大学
刘彦丰
传热学 Heat Transfer
被物体吸收、反射和透射的部分所占总投射辐
射的份额分别称为吸收比α、反射比ρ 和透射比τ 。
α = Gα G
华北电力大学
ρ = Gρ G
τ = Gτ G
α +ρ+τ =1
刘彦丰
传热学 Heat Transfer 3、镜反射和漫反射
视物体表面状况（平整程度）和投入辐射的波 长，表面的反射又分为镜反射和漫反射。
dA cosθ
华北电力大学
n θ
dA
p
可见辐射 面积
刘彦丰
传热学 Heat Transfer
(3) 定向辐射强度
是指单位时间内在空间指定方向的单位立体角内
离开表面单位看见辐射面积的全波段辐射能量。
用符号 L(θ )表示。
L(θ ) = dΦ(θ ) W/(m2 ⋅sr)
dA cos θdΩ
n
dΦ(θ )
如果仅考虑某特定
θ
p
波长的辐射，那么相应
可见辐射
的量被称为定向光谱辐
面积
射强度 L(λ,θ ) 。
dA
华北电力大学
刘彦丰
传热学 Heat Transfer
(4) 定向辐射力
是指单位时间、单位辐射面积向空间指定方向
所在的单位立体角内发射的全波段辐射能量。用
传热学-第七章热辐射基本定律及物体的辐射特性
在单位立体角内发射的一切波长的能量，参见图8-10。 d( , ) L( , ) dA cos d (6) Lambert 定律(黑体辐射的第 三个基本定律)
d( , ) L cos dA d
第八章 热辐射基本定律和辐射特性 24
本节中，还有几点需要注意
1. 将不确定因素归于修正系数，这是由于热辐射非常复杂，
很难理论确定，实际上是一种权宜之计； 2. 服从Lambert定律的表面成为漫射表面。虽然实际物体的 定向发射率并不完全符合Lambert定律，但仍然近似地认 为大多数工程材料服从Lambert定律，这有许多原因；
3. 物体表面的发射率取决于物质种类、表面温度和表面状况。
这说明发射率只与发射辐射的物体本身有关，而不涉及外
界条件。
第八章 热辐射基本定律和辐射特性 25
§8-4
实际物体对辐射能的吸收与辐射的关系
上一节简单介绍了实际物体的发射情况，那么当外界 的辐射投入到物体表面上时，该物体对投入辐射吸收 的情况又是如何呢？本节将对其作出解答。
1
0
( , T1 ) b ( , T2 ) Eb (T2 )d
0
b ( , T2 ) Eb (T2 )d
0
( , T1 ) Eb (T2 )d
0
Eb (T2 )d
T24 f (T1 , T2 , 表面1的性质)
图8-19给出了一些材料对黑体辐射的吸收比与温度的关系。
第八章 热辐射基本定律和辐射特性
21
对应于黑体的辐射力Eb，光谱辐射力Eb和定向辐射强度L， 分别引入了三个修正系数，即，发射率，光谱发射率( )和定 向发射率( )，其表达式和物理意义如下 实际物体的辐射力与 黑体辐射力之比: 实际物体的光谱辐射 力与黑体的光谱辐射 力之比： 实际物体的定向辐射 强度与黑体的定向辐 射强度之比：
热的辐射与吸收
热的辐射与吸收热辐射是一种能量传播方式，它是由物体因高温而散发出的电磁波，可以被其他物体吸收或反射。
热辐射在日常生活中扮演着重要的角色，我们可以通过了解热辐射及其吸收的原理来更好地理解和应用这一现象。
一、热辐射的基本概念与特性热辐射是任何温度高于绝对零度（-273.15°C）的物体所发射的电磁波。
根据物体的温度，热辐射的波长范围也不同。
根据斯特藩-玻尔兹曼定律，热辐射功率与物体的温度的四次方成正比。
这意味着随着温度的升高，物体释放的热辐射能量也将大幅增加。
热辐射具有以下几个主要特性：1. 热辐射是一种电磁波，其能量传播不需要介质。
这与传导和对流传热方式有明显的差异。
2. 热辐射的能量传播速度是光速，即299,792,458米/秒，快于传导和对流传热。
3. 热辐射的强度与物体的表面特性有关，如反射率、吸收率和发射率。
4. 所有物体都能辐射热能，不论温度高低。
但是，只有温度高于绝对零度的物体才能辐射可见光。
二、热辐射的吸收与发射热辐射的吸收和发射是密切相关的。
根据基尔霍夫定律，一个物体在吸收热辐射时，其吸收率与其发射率相等。
这意味着对于一个处于热平衡的物体，吸收的辐射功率等于发射的辐射功率。
不同物体对热辐射的吸收率和发射率有所差异，这取决于其材料特性和波长。
黑体是一种理想化的物体，其吸收率和发射率均为1，即吸收和发射辐射功率最大。
一般的物体则具有较低的吸收率和发射率，这意味着它们对热辐射的吸收和发射能力较弱。
随着物体温度的升高，其热辐射的集中波长也会有所变化。
根据斯特藩-玻尔兹曼定律，随着温度的升高，热辐射的主导波长将向短波方向移动。
这也解释了为什么高温下物体散发出的光是蓝色或白炽的，而较低温度下物体的光呈现红色。
三、热辐射与能量平衡热辐射在能量平衡中起着重要作用。
物体吸收热辐射会增加其能量，而物体的发射则会使其能量降低。
一个物体在达到热平衡状态时，吸收和发射的热辐射功率处于平衡状态。
热辐射的能量平衡对于理解地球能量平衡和气候变化至关重要。
传热学第七章
C : 电磁波传播速度
在真空中，C 3 108 m / s 在大气中，略低于此值
第七章 辐射传热
第一节 基本概念 一、热辐射的本质
3、波长范围（如图7-1所示）
图7-1 电磁波谱
第七章 辐射传热
第一节 基本概念 一、热辐射的本质
3、波长范围（如图7-1所示）
（1）热辐射产生的电磁波称为热射线。从理论上讲，其波长 包括整个电磁波谱，即波长从零到无穷大。 （2）实用中，通常把波长在0.1～100μm范围内的电磁波称为 热射线。它包括部分紫外线、全部可见光和部分红外线： ①部分紫外线（0.1～0.38μm） 热射线（0.1～100μm） ②全部可见光（0.38～0.76μm） ③部分红外线（0.76～100μm）
第七章 辐射传热
第一节 基本概念 五、黑体、白体和透明体
1、理想模型 （1）把吸收比α=1的物体称为绝对黑体，简称黑体。 （2）把反射比ρ=1的物体称为绝对白体，简称白体。
（3）把透射比σ=1的物体称为绝对透明体，简称透明体
※ 黑体、白体、透明体都是理想模型，
是理论研究的基础，自然界中并不存在。
第七章 辐射传热
第七章 辐射传热
第二节 黑体辐射的基本定律 二、普朗克定律
⑤当黑体的T＞800K时，其辐射能中才明显地具有波长为 0.38～0.76μm的可见光射线。
※随着温度的升高，可见光射线增加。
※当温度达到5800K时，Ebλ的峰值才位于可见光范围。 ※太阳可近似认为是表面温度为5800K的黑体，根据计算，
图7-3 物体表面的反射 a)镜面反射；b）漫反射
第七章 辐射传热
第一节 基本概念 四、漫射表面
1、当物体表面较光滑，其粗糙不平的尺度小于热射线的波长时， 物体表面对投射辐射呈镜面反射，入射角等于反射角，该表 面称为镜面，如图7-3a)所示。 2、当物体表面粗糙不平的尺度大于热射线的波长时，物体表面 对投射辐射呈漫反射，其吸收比大于镜面，该表面称为漫反 射表面，如图7-3b)所示。 ※一般工程材料的表面均可近似作为漫反射表面。 3、若漫反射表面同时能向周围半球空间均匀发射辐射能，则称 该表面为漫射表面。
新教材苏教版五年级上册科学第七课《热辐射》 教学设计(含教学反思)
第二单元热传递7.热辐射【主要概念】机械能、声、光、电、热、磁是能量的不同表现形式。
【涉及课标】6.3热可以改变物质的状态，以不同方式传递，热是人们常用的一种能量表现形式。
6.3.3热可以在物体内和物体间传递，通常热从温度高的物体传向温度低的物体。
5---6年级：●说出生活中常见的热传递的现象，知道热通常从温度高的物体传向温度低的物体。
●举例说明影响热传递的主要因素，列举它们在日常生活和生产中的应用。
【教材分析】本课是《热传递》单元的第三课，是继“热传导”、“热对流”之后，引导学生认识热量的另外一种特殊传递方式——热辐射。
教材通过四个活动帮助学生掌握热辐射的概念：一是感知生活中热辐射形式的存在，让学生初步了解还有一种与热传导、热对流不同的传热形式——热辐射，教材呈现了两个常见的生活场景，可以根据实际情况选择合适的场景进行模拟感受。
二是制作“简易太阳能灶”，让学生通过动手制作进一步了解热辐射受哪些条件影响，同时培养对工程技术的研究兴趣。
三是借助生活中常见工具让学生理解很多情况下热传递的方式并不是单一的，而是多种方式同时存在的。
第四个活动是在活动三的基础上，让学生根据实际场景独立分析三种传热方式有哪些异同，并借助思维导图的形式呈现分析结果，这个活动既能让学生在寻找相同与不同中加深对三种传热方式的理解，也能培养学生思维的逻辑性和深刻性。
【学情分析】五年级学生对于热的传递不仅有生活经验，还有一定的认知基础，在四年级学习了《冷和热》知识，强调运用实验观察的方法，掌握温度的概念，知道温度变化可以使物体产生体积和形态的变化。
因此对于热学知识，在小学阶段学生经历了“进阶”的学习过程。
此外，通过本单元的学习能强化学生对“物质是运动的”这一核心观点的理解，在前期从宏观层面学习机械运动的基础上，本单元学生借助一些表象来了解微观运动，为初中学习分子热运动提供了丰富的认知基础。
【教学目标】1.通过“模拟小火炉”、“模拟真空环境”的热的传递实验，知道热辐射是热传递的一种方式。
第章热辐射及辐射传热_图文
1、角系数的相对性
两个黑体表面间进行辐射换热，表面1辐射 到表面2的辐射能为A1Eb1X1,2，表面2辐射到表面 1的辐射能为A2Eb2X2,1，两黑体表面间的净辐射 换热量为：
当T1=T2时，净辐射换热量为零，即Eb1=Eb2 则两个表面间角系数的相对性的表达式 ：
黑体辐射函数
定义：在0~λ的波长范围内黑体发出的辐射能在其 辐射力中所占份额，Fb(0~λ) 。
将Ebλ用普朗克定律代入得：
波段辐射力:
在λ1~λ2的波长范围黑体的波段 辐射函数为：
黑体辐射函数
四、 Lambert 定律
可以证明： 黑体辐射的定向辐射强度与方向无关。
定向辐射强度的定义图
它说明黑体的定向辐射力随天顶角呈余弦 规律变化。 Lambert定律也称为余弦定律。黑体
热射线：
紫外线0.1~0.38μm 可见光0.38~0.76μm 红外线0.76~1000μm
近红外线0.76~1.4μm 中红外线1.4~3.0μm 远红外线3.0~1000μm
工业上一般物体(T<2000K) 热辐射的大部分能量的波长 位于0.76~20μm。 太阳辐射：0.1~20μm 约定：除特殊说明，以后论 及的热射线都指红外线。
图5-6 黑体模型
黑体性质
黑体吸收能力最强，α=1 黑体的辐射能力也最强，ε=1 黑体表面是漫发射表面
自然界中，真正的黑体不存在，但是吸收 能力很强的物体也存在，烟炱和黑丝绒
烟炱
烟炱是指从烟囱分离下来的或被烟道气冲刷出来而后落到烟囱周围地区的 煤烟。烟炱的粒径一般小于0.5μm，甚至小于0.1μm。其成分中50%是碳 （即炭黑）。由于它有很大的表面积，在大气中能被氧化，或表面积吸附 了气体污染物（如二氧化硫、氮氧化物等）起催化氧化的作用。这种炭黑 颗粒对二氧化硫和氮氧化物的催化氧化作用要比气相氧化作用分别高100 倍和10倍。在重油锅炉的烟道气中含烟炱200-300mg/m3，在炉排上烧煤 的煤炉中，因燃烧条件差，有更多的烟炱生成。烟炱可作炭黑生产，用于 颜料、墨、油墨、油漆工业，也广泛用于橡胶的补强剂。
名词解释-热辐射
名词解释-热辐射
热辐射是一种通过电磁波传递热能的物理现象。
在任何温度下，所有物体都会向周围发射电磁辐射，这些辐射包括可见光、红外线、紫外线、X射线等等，这就是热辐射现象。
其中，可见光是人眼可见的形式，其他类型的电磁辐射则需要使用特殊工具或设备才能检测到。
热辐射的强度取决于物体的温度。
发射辐射的物体温度越高，热辐射就越强烈。
相反，发射辐射的物体温度越低，热辐射就越微弱。
这也是为什么太阳和火炉等高温物体的热辐射较强，而人体或其他低温物体的热辐射较弱。
另外，热辐射的强度也受到物体表面积和距离的影响。
当物体表面积较大时，其辐射强度也会相应增加。
当两个物体的距离靠近时，热辐射的强度也会增加。
热辐射在很多领域都有着广泛的应用。
在工业上，热辐射被利用在烤炉、加热器和热处理设备等领域。
人们在烹饪、烧烤和烟熏食品时，热辐射也是至关重要的过程。
在太空技术中，热辐射是控制航天器和卫星温度的重要手段。
还有一些医学应用，例如利用红外线的热辐射技术来治疗某些疾病。
总体来说，在生活和工业中，热辐射是一种非常重要的现象，人们需要理解和掌握热辐射的基本原理和应用，以解决各种与热相关的问题。
《传热学》名词解释总结——考试专用
————————————第一章—————————————1）热量传递的动力：温差2）热量传递的三种基本传递方式：导热，热对流，热辐射3）导热：单纯的导热发生在密实的固体中4）对流换热：导热+热对流5）辐射换热：概念：物体间靠热辐射进行的热量传递过程称为辐射换热；特点：伴随能量形式的转换（能-电磁波能-能），不需要直接接触，不需要介质，只要大于0k就会不停的发射电磁波能进行能量传递（温度高的大）。
6）温度场：是指某一时刻空间所有各点的温度的总称7）等温面：同一时刻，温度场中所有温度相同的点连接所构成的面等温线：不同的等温线与同一平面相交，则在此平面上构成一簇曲线称（注：不会相交不会中断）8）温度梯度：自等温面上一点到另一个等温面，以该点的法线温度变化率最大。
以该点的法线方向为方向，数值也正好等于这个最大温度变化率的矢量称为温度梯度gradt(正方向朝着温度增加的方向)9）热流密度：单位时间单位面积上所传递的热量称为热流密度10）热流矢量：等温面上某点，已通过该点最大的热流密度的方向为方向，数值上也正好等于沿该方向热流密度的矢量称为热流密度矢量（正方向高温指向低温）11）傅里叶定律：适用于连续均匀和各项同性材料的稳态和非稳态导热过12）导热系数比较：金属大于非金属大于液体大于气体，纯物质大于含杂质的。
13）导热系数变化特点：气体随温度升高而升高，液体随温度升高而下降，金属随温度升高而下降，非金属保温材料随温度升高而升高，多孔材料要防潮。
14）导热过程完整的数学描述：导热微分方程+单值性条件。
15）单值性条件：几何条件（大小尺寸）+物理条件（热物性参数+热源有无等）+时间条件（是否稳态）+边界条件16）边界条件：第一类边界条件：已知任何时刻物体边界面上的温度值第二类边界条件：已知任何时刻物体边界面上热流密度第三类边界条件：已知边界面周围流体温度t和面界面与流体之间的表面传热系数h 17）热扩散率：a，表示物体被加热或被冷却时，物体部各部分温度趋向均匀一致的能力。
热辐射物体通过辐射传递热量
热辐射物体通过辐射传递热量热辐射是指物体因温度差异而产生的热能沿着无空间介质传播的现象。
通过辐射传递热量，无需介质的直接接触，因此在真空或无法传导热量的环境中也能实现热能的传递。
本文将介绍热辐射的基本原理、特点以及在实际应用中的意义。
一、热辐射的基本原理热辐射是由物体内部的热运动引起的电磁波辐射。
所有物体在温度不为零时都会辐射热能，其辐射强度与物体的温度成正比。
根据普朗克辐射定律，辐射强度与波长呈反比，在不同波长下产生不同强度的辐射。
通过斯特藩-玻尔兹曼定律，可以计算出单位面积的辐射功率。
另外，辐射能量与物体的发射率有关，发射率是一个物体对外辐射能量的比例系数。
二、热辐射的特点1. 传播速度快：热辐射是电磁波的一种，与光的传播速度相同，可以达到每秒30万公里左右。
2. 不受介质限制：与传导和对流传热不同，热辐射可以在真空中传递热量。
这使得热辐射在空间站、卫星等无法采用传导和对流传热方式的环境中具有重要应用价值。
3. 方向性强：热辐射具有明显的方向性，辐射能量会随着角度和方向的变化而变化。
这一特点在太阳能的应用中十分重要，可以通过倾斜角度和追踪器来最大化接收太阳能。
4. 温度差异影响传热效果：热辐射的传热效果与物体表面温度的差异有关，温度差异越大，传热效果越显著。
因此，在工业中以及温室效应的研究中，需要考虑温度差异带来的热辐射问题。
三、热辐射的应用意义1. 太阳能利用：太阳是地球上最大的热辐射源，太阳能利用成为解决能源问题的重要途径。
通过光伏发电和光热利用等技术，可以将太阳能转化为电能和热能，实现绿色能源的利用。
2. 环保节能：利用热辐射传热可以避免传统的对流和传导方式所带来的能量损耗，提高能源利用效率。
在工业生产中，采用热辐射传热技术可以减少环境污染和能源消耗。
3. 空间热传递：由于真空环境中无法通过对流和传导传递热量，热辐射成为空间站、卫星等空间设备中重要的热传递方式。
通过控制辐射和吸收比例，可以维持设备正常工作温度，确保航天器的正常运行。
传热学 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。
第七章 辐射换热
5
6
7
8
9
λ /μ m
粉墙面
白瓷砖 白火泥
2 3 4 5 6 7 8 9
0 0.5 1
λ /μ m
玻璃:
对可见光(0.380.76及短红外线 (<2m),很小, 可以认为是透明 体.
0.8
0.2 2 3 4 (m)
对紫外线(<0.38m) 和长红外线 (>4m),1(即这些 波段的能量几乎被玻 璃吸收.
X 1, 2
(bc ad ) (ac bd ) 2ab
c2d源自交叉线之和 不交叉线之和 2 表面1 的断面长度
a
1
b
注意：这里的交叉线和不交叉线都是指虚拟 断面的线，或者说是辅助线。
例: 求下列图形中的角系数 X1， 2
解： A 1 X1， 2 A 2 X 2， 1
1 2 90
1, 2 Eb1 A1 X 1, 2 Eb 2 A2 X 2,1
当T1=T2时，1,2=0.且
Eb1 Eb 2
A1 X 1, 2 A2 X 2,1
角系数是纯几何因子.
角系数互换性
2. 辐射空间热阻
1,2 ( Eb1 Eb 2 ) X 1,2 A1
(Eb1 Eb2 ) X 2,1 A2
白瓷砖: <3m,<0.2 α
1.0 0.8
λ
a b c
磨光的铝 阳极氧化的铝 磨光的铜
0.6
b a c
即<3m的能量几乎 0.4 被反射出去); 0.2
>5m,>0.9 即长红外线波段 αλ 以上的的能量几 乎被吸收.
1.0 0.8 0.6 0.4 0.2
传热学-第8章-热辐射基本定律和辐射特性
E bλ = e
C 1λ − 5
C2
λT
−1
λ一定时， 一定时， 一定时
T ↑ , E bλ ↑ , E b ↑
700K 600K 500K 400K 300K 6 8 10
的升高， 随T的升高，Ebλ,max对应 的波长λ 向短波迁移。 的波长 ｍ向短波迁移。
200
0 [W /( m ⋅ µ m )]
4. 兰贝特定律 黑体的定向辐射强度与方向无关， 黑体的定向辐射强度与方向无关， 即半球空间各方向上的辐射强度都相等。 即半球空间各方向上的辐射强度都相等。 即是： 即是：L (θ ) = L = Const 定向辐射力与定向辐射强度的关系： 定向辐射力与定向辐射强度的关系：
E θ = L cos θ
另一种形式: 另一种形式
T 4 Eb = C 0 ( ) W / m2 100
2 4 式中: 式中 C0 – 黑体辐射系数 C0 = 5.67 W /(m ⋅ K )
举 例
计算黑体表面温度为27℃ 和627℃时 ℃ ℃ 的辐射力 Eb。
T 27 + 273 4 Eb1 = C0 ( 1 ) 4 = 5.67 × ( ) = 459 W / m 2 100 100
E bλ d λ
4
∫λ
λ2
1
E bλ d λ
= Fb ( 0 − λ 2 ) − Fb ( 0 − λ1 )
其中： 为黑体辐射函数（ 其中： Fb ( 0−λ ) 为黑体辐射函数（表8-1） ） 则波段内黑体辐射力： 则波段内黑体辐射力： Eb ( λ1 − λ2 ) = [ Fb ( 0 −λ2 ) − Fb ( 0 − λ1 ) ]Eb
适用于： 适用于： 黑体 漫发射体
传热学-7热辐射的基本定律
单位时间内， 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)； 射的所有波长的能量总和。 从总体上表征物体发射辐射能本领的大小。 从总体上表征物体发射辐射能本领的大小。
光谱辐射力Eλ： 光谱辐射力E
单位时间内，单位波长范围内( 单位时间内，单位波长范围内(包含某一给定 波长) 波长)，物体的单位表面积向半球空间发射的 能量。 (W/m3)； 能量。
∆Eb =
∫λ
λ2
1
E bλ d λ
黑体辐射函数: 黑体辐射函数:
通常把波段区间的辐射能表示 为同温度下黑体辐射力（ 为同温度下黑体辐射力（λ从0 到∞的整个波谱的辐射能）的百 的整个波谱的辐射能） 的整个波谱的辐射能 分数， 分数，记作 Fb ( λ −λ。 )
Fb ( λ1 −λ2 )
f (λT ) 黑体辐射函数
α + ρ + τ =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：τ = 0 , α + ρ = 1 对于大多数的固体和液体： 对于不含颗粒的气体： 对于不含颗粒的气体：
ρ = 0, α + τ = 1
为研究辐射特性可提出以下理想辐射模型： 为研究辐射特性可提出以下理想辐射模型： 黑体： τ=0； 黑体：α=1 ρ=0 τ=0； 白体： τ=0； 白体：α=0 ρ=1 τ=0； 透明体：α=0 ρ=0 τ=1 透明体：
Ebλ =
c1λ−5 ec
2
( λT )
−1
式中， 波长， 式中，λ— 波长，m ；
T — 黑体温度，K ； 黑体温度，
c1 — 第一辐射常数，3.742×10-16 W⋅m2； 第一辐射常数，3.742× c2 — 第二辐射常数，1.4388×10-2 W⋅K； 第二辐射常数，1.4388×
传热学第七章(1)辐射换热
E d 2
1 b
0 Eb d
1
T
4
E d 2
1 b
1
T
4
1
0
Eb
d
2
0
Eb d
F F b(0-1 )
b(0-2 )
18
式中，Fb（0- 1）、 Fb（0- 2）分别为波长从0至1和0至2的黑体 辐射占同温度下黑体辐射力的百分数。能量份额Fb（0- ）可以
表示为单一变量 T 的函数，即
Fb(0)
c1 --- 第一辐射常量, 3.742×10-16 W ·m2； c2 --- 第二辐射常量, 1.438× 10-2m ·K。 Planck认为黑体以hv为能量单位，不断发射和吸收频率为 v
的辐射， hv称为能量子 h 6.6261034 J s
14
由Planck定律知 Eλ=f(λ,T ) 如图，
s
θr
平面角定义图
21
即： Ac r2 (sr) Steradian
半圆： s r r r (rad)
半球： Ac r 2 2r 2 r 2 2 (sr)
如图，在半球上割下一块微元面积dAc， 则dAc对应的立体角为微元立体角
d dAc r 2
为清楚起见，将这个立体角放大，
110-2 to 3.9 10-4 m
0.38 to 0.76 m
0.76 to 1000 m
1000 to 21010 m
0.1 to 100 m
4
如图所示，热辐射，0.1—100µm； 可见光，0.38—0.76 µm 。
• 地球上大部分物体 <2000K 0.38-100 µm
大部分在0.76-20 µm
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：
小学科学五年级上册科学教案7热辐射苏教版
小学科学五年级上册科学教案7热辐射苏教版热辐射科学教案导语：小学科学是培养学生对自然界规律的初步认识和感受的一个重要阶段。
本次教案旨在通过讲解热辐射的基本概念、原理和应用，帮助学生深化对热辐射的理解，并培养他们的观察、实验和解决问题的能力。
一、教学目标：通过本节课的学习，学生应能够：1. 认识热辐射的基本概念和特征。
2. 掌握判断物体的热辐射强度大小的方法。
3. 了解热辐射在日常生活和工作中的应用。
4. 培养观察、实验和解决问题的能力。
二、教学准备：1. 教具准备：投影仪、相关图片或PPT材料。
2. 实验器材：铝制片、塑料片、钢制片、纸片、温度计、太阳灯、黑色布、白色布。
三、教学过程：1. 导入新知：通过展示一幅图画或短视频，引起学生对热辐射的兴趣，提出问题：“你们有没有听说过热辐射？它与我们生活中的哪些事物有关？”2. 知识讲解：A. 介绍热辐射：首先，向学生解释热辐射是一种物体通过空气或真空中没有媒介的传热方式。
热辐射的能量以电磁波的形式传播，它不需要空气等介质进行传递，因此在太空等真空环境下同样存在。
B. 热辐射的特征：与传导和对流不同，热辐射可以在真空中传播，传递的速度非常快，不受物体间的距离和媒介的影响。
同时，热辐射还具有温度高低和物体颜色的影响，温度越高、物体越暗黑，会辐射出的能量越大。
C. 判断辐射强度大小的方法：学生通过观察不同温度下的物体，比较它们发出的热辐射强度。
可以使用温度计来测量不同物体的表面温度，并观察不同颜色和材质的物体辐射出的热辐射是否有所区别。
3. 实验操作：A. 学生将铝制片、塑料片、钢制片、纸片分别放在阳光下，并使用温度计测量它们表面的温度。
观察并记录各物体的辐射强度。
B. 学生用黑色布将一个温度计包裹，然后将它暴露在阳光下。
学生观察并记录纸片、黑色布以及阳光直接照射下的温度计的表面温度。
C. 学生用白色布代替黑色布重复步骤B，并记录结果。
观察两次实验的结果是否有区别。
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0.1~100μm之间，而可见光辐射能的波长约有0。
38～0.76μm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。
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5.67 10 8 W/(m 2 K 4 ), 黑体辐射常数
T - -黑体表面绝对温度, K
二、普朗克定律
Eb f (T , )
E b
(1) 温度愈高，同一波长下的光 -16 Wm2 ; 谱辐射力愈大； C 1—普朗克第一常数，C1= 3.742×10
-2 mK。 C — 普朗克第二常数， C = 1.439 × 10 2 2 (2) 在一定的温度下，黑体的光
（1） 多数情况下，辐射传热是一个表面物理过程。
（2） 辐射传热不需要中间介质，可以在真空中传播。 （3） 辐射传热过程存在能量形式的转换。 热能→电磁能 电磁能→热能
二、物体辐射能量的表示
1.辐射力E：单位时间内，物体的单位表面积向半球空间所有方向辐射出去 的全部波长的能量总和 。 单位：W/m2 2.光谱辐射力E:单位时间内，物体单位表面积向半球空间所有方向辐射的 从到+d的单位波长的辐射能，单位W/m3（ W/m2 . m， W/m2 . μm ）。
三、吸收、反射和透射
1、投射辐射G
单位时间内外界投射到物体单位表面积上的辐射能。单位W/m2 。
2、吸收比、反射比和透射比
G G G G
G G G 1 G G G
1
任何物体:
1
大多数固体和液体: 气体:
1
传热学
热辐射的基本概念 黑体辐射的基本定律
一、热辐射的定义和特点
辐射：物体向外发射电磁波的过程。 热辐射：物体由于热的原因向外发射电磁波的过程。 物体温度高于绝对零K。 辐射传热：物体间相互辐射和吸收的净能量交换过程。
热射线波长范围：0.1~100μm
可见光波长范围：0.38~0.76μm
辐射传热的特点：
e C2 / T 1
C1
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谱辐射力随波长的增大连续变 化 , 先增大再减小，并在某一波 长max下具有最大值； (3) 随着温度的升高，光谱辐射力取得最大值的波长max减小， 即在坐标中的位置向短波方向移动。
λmax与T的关系由Wien位移定律给出：
maxT 2897 .6 m K 2900 m K
练 习
1. 用文字表述黑体光谱辐射力的分布规律。
2. 一黑体表面温度为207℃，计算：
（1）其表面的辐射力； （2）该黑体哪个波长的光谱辐射力最大？
3.黑体的定向辐射力在空间不同方向是怎么分布的？
再见！
三、兰贝特定律
黑体的辐射能在空间上的分布遵循兰贝特（ Lambert ）定律，若用定向 辐射力来表示，其关系为
Eθ En cos
辐射能在空间上的分布遵循兰贝特定律的表面称为漫发射表面。 漫发射表面对于投入辐射的反射（漫反射）也是按照兰贝特定律分布的。 对于漫射表面：
E En
例题：
试分别计算温度为2000K和5800K的黑体的最大光谱辐射力所对应的波长。 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
E E d
0
二、物体辐射能量的表示
3.定向辐射力Eθ：单位时间内，物体的单位表面积向半球空间指定方向单位 立体角内所发射的全部波长的辐射能。 单位：W/(m2 sr)
半球空间
2r 2 Ω 2 2 r
辐射力与定向辐射力的关系
dAc dΩ 2 r
E
2
E d
1
吸收比 = 1的物体称为（绝对）黑体。3、镜反射和漫反射
(a)镜反射
(b)漫反射
注：除了经特殊处理的金属表面， 大部分工程材料均可视为漫反射表面。
四、黑体辐射的基本定律
1、斯忒藩-玻耳兹曼定律（四次方定律）
黑体辐射的辐射力与温度的关系遵循斯忒藩-波尔兹曼定律：
T Eb T 5.67 100