热辐射原理及计算..
热辐射和黑体辐射
热辐射和黑体辐射热辐射是指物体由于热运动而发射出的能量，是一种无需介质传递的辐射方式。
这种辐射的能量主要由电磁波组成，包括可见光、红外线、紫外线等。
而黑体辐射则是研究热辐射的理想模型，它是指一个能完全吸收所有辐射能量并且不反射也不透射的物体。
一、热辐射的基本原理热辐射的基本原理可以归结为两个方面：物体内部热能的分子运动和辐射能量的辐射出去。
热辐射的程度和物体的温度有关，温度越高，物体辐射的能量越多。
根据斯特藩-玻尔兹曼定律，辐射的能量与物体的绝对温度的四次方成正比。
二、黑体辐射的特点黑体辐射是指完全吸收所有入射辐射能量的物体，它可以作为热辐射的理想模型来研究。
与其他物体相比，黑体辐射有着独特的特点：1. 完全吸收：黑体可以完全吸收所有辐射能量，不进行反射和透射。
2. 完全发射：黑体可以以任意波长和任意强度发射辐射能量。
3. 理想辐射源：黑体辐射的能量分布只和温度有关，而与黑体的材料和形状无关。
三、黑体辐射的定律为了描述黑体辐射的能量分布规律，人们提出了以下两个基本定律：1. 基尔霍夫定律：一个处于热平衡状态的物体，吸收的辐射能量与它发射的辐射能量在同一波长范围内完全相等。
2. 普朗克定律：黑体辐射的能量密度与频率成正比，而且与温度的四次方成正比。
四、热辐射的应用热辐射在生活中有着广泛的应用，以下是一些常见的应用场景：1. 热能转换：热辐射可以用来转换成其他形式的能量，比如太阳能的利用、热电转换等。
2. 照明技术：可见光是热辐射的一部分，因此热辐射的研究对于改善照明技术非常重要。
3. 医学诊断：红外线辐射可以用于医学诊断，比如红外热像仪可以检测人体的热辐射情况。
4. 环境监测：红外线辐射还可以用于环境监测，比如监测地表温度、火灾预警等。
总结：热辐射是物体由于热运动发射出的能量，而黑体辐射则是研究热辐射的理想模型。
热辐射的能量与温度相关，而黑体辐射的能量分布则与温度的四次方成正比。
热辐射在生活中有着广泛的应用，包括热能转换、照明技术、医学诊断和环境监测等。
热辐射原理和计算
公式
韦恩位移定律可以用数学公式表示为:λ_max = b / T，其中λ_max是辐射波长峰值，b是韦恩位移常数，T是绝对温度。
应用
韦恩位移定律广泛应用于天文学、气象学和工业热工技术中,可以帮助预测和分析不同温度下的辐射特性。
热辐射的计算方法
公式计算
利用热辐射定律,如斯蒂芬-玻尔兹曼定律、普朗克定律等,可以通过计算得出物体的辐射热量。
热辐射的热量计算
辐射热量公式
热辐射的热量可通过斯蒂芬-玻尔兹曼定律计算：Q = ε × σ × A × (T₁⁴ - T₂⁴)，其中Q为热量,ε为发射率,σ为斯蒂芬-玻尔兹曼常数,A为表面面积,T₁和T₂分别为两物体的绝对温度。
物体属性影响
物体的发射率和吸收率是影响热辐射量的重要因素。光滑表面和黑色物体通常具有较高的吸收率和发射率,而镜面和白色物体则相反。这些属性需要在计算中考虑进去。
光污染
城市照明设备和工业发出的热辐射可能会对动物和植物的生理节奏产生干扰,导致环境生态失衡。
温室效应
温室气体
温室效应是由人类活动排放的二氧化碳、甲烷等温室气体造成的现象。这些气体吸收和散射地表辐射,导致地球气温上升。
气温升高
温室效应导致全球平均气温持续上升,冰川融化,海平面上升,极端天气事件频发,对生态环境和人类社会造成严重影响。
灰体辐射
灰体辐射是一种非理想的热辐射,其辐射特性与黑体不同。灰体的辐射特性由辐射率(发射率)来描述,辐射率小于1。不同的材料和表面状态会有不同的辐射率,这是影响热交换的重要因素。
灰体的辐射功率可以通过斯蒂芬-玻尔兹曼定律和灰体的辐射率计算得到。相比理想的黑体辐射,灰体辐射功率会更小。
选择性辐射
选择性辐射是指物体只能对特定波长的光辐射吸收或发射,而不能对其他波长的光辐射产生反应的现象。这种现象与物体的物理化学性质密切相关,是热辐射行为中一个重要的特点。选择性辐射使得不同材料和表面能够有不同的辐射特性,从而在工程应用中可以得到广泛利用。
热辐射原理及计算
② 由于物体的形状及大小、相互间的位置与距离等因素影响→引入角系数φ。
（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
(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；
物体的A、R、D→其大小取决于： 物体的性质； 表面状况； 温度； 投射辐射线的波长。
灰体——能以相同吸收率吸收所有波长范围辐射能的物体； 特点： A与辐射线波长无关，即物体对投入辐射的吸收 率与外界无关；
不透过体，A+R=1 →工业上常见固体材料(0.4～ 20 μm)。
(3) 辐射传热
物体之间相互辐射与吸收辐射能的传热过程。
③ 热射线的特点：
与可见光一样，服从反射与折射定律。 在均质介质中→直线传播； 在真空、多数气体中→完全透过； 在工业上常见的多数固体or液体中→不能透过。
(2)热辐射对物体的作用——A、R、D
当热辐射的能量投射在某一物体上时，其总能量Q： 被吸收QA； 被反射QR； 穿透物体QD。
① 黑体、镜体、透过体、灰体 理想物体，作为实际物体一种比较标准→简化辐射传热计算。
Ebλ T3
式中： Ebλ——黑体的单色辐射能力，W/m2；
T2
T —— 黑体的绝对温度，K；
T1
C1—— 常数，其值为3.743×10-16，W·m2；
C2—— 常数，其值为1.4387×10-2，m·K。
λ
从图中可见：
① 对应于每一温度T→均为一条能量分布曲线；
热辐射原理及计算
(5) 角系数(几何因数)φ ——从一个物体表面所发出的辐射能被另一物体表面所截获分数 φ：
两物体的几何排列； 简单几何形状→推算；
辐射面积基准A1or A2有关。
复杂形状→实验测定。
11 12 13 14 1n 1.0 11 0
① 两大平行板
(2) Stefan-Boltzmann law(四次方定律)
——黑体辐射能力Eb与T 间的关系
Eb
0
Eb d
C15
C2 T
0
d f (T )
e
4
1
T Eb 0T 4 C0 100 0 5.67 108 W / m 2 K 4 C0 5.67W / m K
0, Eb 0; , Eb 0
紫外灾难
Eb Eb ,max ; Eb ;
② T↑ ，Ebλ，max移向波长较短的方向 ③ 等温线下的面积→黑体的辐射能力Eb 另外：
m T 2.9 10
－3
由于地表温度和太阳表面温度的差异，使 得二者辐射波长不同，又由于大气层中的 CO2吸收地球辐射波，导致温室效应。
1
2
1
2
引入总辐射系数C1-2(物体1对2)：取决于壁面的性质、两壁面的几何 尺寸； 两大平行平壁：
C1 2
C0 1 1 1
q12
1
2
T1 4 T2 4 C12 100 100
(3) 两平板面积均为A时的辐射传热速率Q1-2
4
同理，壁面2的有效辐射Eef2为：
q12 Eef 1 Eef 2
化工原理3.5热辐射
书P177
3-5-1 基本概念 3-5-2 物体的辐射能力 3-5-3 两固体间的相互辐射 3-5-4 高温设备及管道的热损失
1
3-5-1 基本概念
1. 辐射：物体通过电磁波来传递能量的过程。 2. 热辐射：物体由于热的原因以电磁波的形式向
外发射能量的过程。
热射线（可见、红外）——波长（0.38μm-100μm）
24
4
代入：
q1− 2
=
1 ε1
C0 +1
ε2
[( T1 )4 − 1 100
− ( T2 )4 ] 100
令：C1−2
=
1 ε1
C0 +1
ε2
−1
=
1 C1
+
1 1 C2
−
1 C0
——总辐射系数
13
Q1− 2
=
C
1−
2
A[(
T1 100
)
4
−
( T2 )4 ] 100
• 两平面的面积有限时：
Q1− 2
=
物体在低温时辐射影响小,可忽略；高温时则成为主要的传热方式。
6
1
二、实际物体
黑度： ε = E E0
ε<1
ε是物体辐射能力接近黑体辐射能力的程度
ε=f(物体的种类、表面温度、表面状况) ——实验测定
三、灰体
E
=
εE0
=
εC
0
⎜⎛ ⎝
T 100
⎟⎞ 4 ⎠
=
C ⎜⎛ ⎝
T 100
⎟⎞ 4 ⎠
C——灰体的辐射系数，C= εC0
特点： • 能量形式的转换：辐射能⇔热能 • 不需要任何介质：可在真空中传播
认识热辐射实验报告
认识热辐射实验报告一、实验目的1. 了解热辐射的基本概念和特点；2. 掌握热辐射实验的操作方法；3. 理解热辐射与温度之间的关系。
二、实验原理热辐射是物体在一定温度下，向外发射热能的现象。
热辐射的特点是：无视觉效应、能够在真空中传播、遵循不同温度下不同频率的辐射能量分布规律。
根据瑞利-金斯定理，热辐射的辐射能量密度与频率之间满足普朗克辐射定律：B(\nu, T) = \frac{{2h \nu^3}}{{c^2}} \cdot \frac{1}{{e^{\frac{{h\nu}}{{kT}}} -1}}其中，B(\nu, T) 是单位体积内每单位频率的辐射能量，h 为普朗克常数，c 为光速，k 为玻尔兹曼常数，T 为绝对温度，\nu 为频率。
三、实验装置与步骤实验装置：1. 黑色辐射腔体：用于产生稳定的热辐射环境，内壁涂有黑色吸热层，外壁绝热处理；2. 热辐射测量仪：用于测量热辐射的频率分布；3. 温度控制装置：用于控制热辐射腔体的温度。
实验步骤：1. 打开热辐射测量仪和温度控制装置，待其启动完成；2. 将温度控制装置设定为所需的温度值，等待一段时间使温度稳定；3. 使用热辐射测量仪测量热辐射的频率分布，并记录下每个频率对应的辐射能量密度；4. 复制以上步骤，分别测量不同温度下的热辐射频率分布。
四、实验结果与分析在实验中，我们选择了三个温度（298K、400K、500K）进行了热辐射实验，并记录下了对应的辐射能量密度数据。
根据普朗克辐射定律，我们可以绘制出三条频率与辐射能量密度的关系曲线。
经过数据处理和绘图，我们得到了如下图所示的结果：
热辐射黑体辐射与温度的关系热辐射是指热能以电磁波的形式传播时产生的辐射现象。
黑体则是指一个完全吸收所有入射辐射的物体，而不产生反射和折射。
热辐射和温度之间存在着一种紧密的关系，即黑体辐射定律。
本文将探讨热辐射黑体辐射与温度之间的关系。
一、黑体辐射定律黑体辐射定律是研究热辐射的重要定律之一，由奥地利物理学家斯特凡·玻尔兹曼在19世纪末提出。
根据这个定律，黑体单位面积的辐射功率与黑体的温度之间成正比。
公式表示如下：P = εσT⁴其中，P为黑体单位面积的辐射功率，ε为黑体发射率，σ为斯特凡-玻尔兹曼常数，T为黑体的温度。
由此可见，黑体的辐射功率与温度的四次方成正比，温度每升高一倍，辐射功率将增加16倍。
这表明，随着温度的升高，黑体的辐射能力增强。
二、热辐射的特性热辐射具有以下几个主要特性：1. 波长分布特性：根据普朗克黑体辐射定律，热辐射的波长和强度分布与温度有关。
随着温度的升高，热辐射的峰值波长向短波方向移动。
2. 辐射功率密度：根据斯特凡-玻尔兹曼定律，热辐射功率与温度的四次方成正比。
这意味着辐射功率密度随着温度的升高而增加。
3. 热平衡：热辐射是物体与外界之间热平衡的结果。
物体吸收和辐射的热能达到平衡状态，温度保持稳定。
4. 反射和折射：与其他形式的辐射不同，热辐射不受物体表面的反射和折射影响。
三、应用领域热辐射黑体辐射与温度的关系在许多领域具有广泛的应用，包括以下几个方面：1. 热辐射测温：通过测量物体辐射出的能量，可以推算出物体的温度。
这种原理被广泛应用于红外测温仪、热像仪等设备中。
2. 热能收集利用：太阳能热辐射的应用是目前最为成熟和广泛的利用方式之一，通过吸收太阳辐射能量并将其转化为热能，可以实现加热、供暖等功能。
3. 光谱分析：根据物体的热辐射特性，可以利用光谱仪等仪器对物体的成分、温度等进行分析。
4. 星际物理研究：热辐射是宇宙中最为常见的一种现象，通过观测天体的热辐射特性，可以了解天体的温度、组成等信息，对宇宙的物理性质进行研究。
辐射传热(Radiation)
对任何物体，辐射能力与吸收率的比值为常数Eb； 黑体的辐射能力最大； 对于其它物体，吸收率愈大，辐射能力也愈大。
9
1.2 物体的辐射能力
任意两灰体间的辐射传热：
Q12
C12
A[( T1 )4 100
( T2 )4 ] 100
值与C12的计算式见表 3 8和图3 23
例3-18
10
1.3 对流和辐射的联合传热
二、黑体、镜体、透热体和灰体
Q QA QR QD
或：QA QR QD 1 QQQ
A+R+D=1
A — 吸收率 R — 反射率 D — 透射率
4
1.1 热辐射的基本概念
黑体（绝对黑体）：A=1 镜体（绝对白体）：R=1 透热体：D=1 灰体：能以相同的吸收率吸收所有波长范围辐射能
的物体。 特点：（1）A不随波长而变
设备热损失应等于对流传热和辐射传热之和
1. 由于对流传热而损失的热量为：
Qc Aw (tw t)
2. 由于辐射传热而损失的热量为：
QR
C12Aw[(1T0w0)4
( T )4] 100
或：QR R Aw[tw t]
其中： R
C12[
( Tw 100
)
Байду номын сангаас
4
( T )4 100
]
tw t
11
1.3 对流和辐射的联合传热
Eb
C0
( T )4 100
Co — 黑体的辐射系数，5.67W / m2 K 4
6
1.2 物体的辐射能力
二、灰体的辐射能力
Eb
C( T )4 100
同一温度下灰体的辐射能力与黑体的辐射能力之
传热学辐射的名词解释
传热学辐射的名词解释一、引言传热学是热力学的分支学科，研究物体之间的热能传递过程。
辐射热传递是其中重要的一种方式。
本文将深入解释传热学辐射的相关名词，帮助读者对其有更清晰的理解。
二、辐射热传递的概念1. 辐射：指物体间由于绝对温度差异而发生的能量传递，并不需要介质的参与。
物体间的辐射通过电磁波传输热能，包括可见光、红外线和紫外线等。
2. 辐射热传递：它是物体上的热能，通过电磁波的传递，在没有直接接触的情况下传递给其他物体。
三、辐射热传递的基本原理1. 热辐射：所有物体在温度高于绝对零度时都会发出热辐射，其特征是在不需要媒介介入的情况下就能将热能传递给其他物体或空间。
2. 黑体辐射：黑体是对辐射完全吸收和发射的理想化物体，不同温度下的黑体有不同辐射能谱。
3. 斯蒂芬-玻尔兹曼定律：描述了黑体辐射功率与其绝对温度的关系。
该定律的表达式为P=AσT^4，其中P是辐射功率，A是表面积，σ是斯蒂芬-玻尔兹曼常数，T是绝对温度。
4. 平衡辐射：指当一个物体处于周围环境温度时，其发出和吸收的辐射功率相等，没有净辐射的状态。
5. 吸收率和发射率：物体对辐射的吸收程度称为吸收率，对辐射的发射程度称为发射率。
在环境中，物体的吸收率和发射率总和等于1。
四、辐射热传递与温度差的关系1. 斯特藩—波尔兹曼定律：当两物体温度不同时，高温物体向低温物体辐射的能量与两者的温度差平方成正比，并与两种物体的发射率有关。
表达式为Q=εσA(T1^4-T2^4)，其中Q是单位时间内的辐射热传递，ε是两种物体的发射率，A是表面积，T1和T2分别为高温和低温物体的绝对温度。
2. 热辐射功率密度：指在单位表面积上单位时间内的辐射热传递功率。
计算公式为q=Φ/A，其中q是热辐射功率密度，Φ是热辐射功率，A是表面积。
五、辐射热传递的应用1. 太阳能利用：太阳辐射是地球上各种可再生能源的主要来源之一。
通过光伏电池和热水器等设备，我们可以将太阳辐射能转化为电能和热能。
热辐射原理及计算
热辐射原理及计算热辐射是物体由于温度而发射出的能量，在无需传介质的情况下传递能量。
热辐射原理可以通过黑体辐射的概念来解释。
根据热力学的理论，任何物体都会以一定的频率发射和吸收辐射能量。
一个理想的热辐射体被称为黑体，它能够完全吸收所有入射辐射并不会反射任何一部分。
根据普朗克的理论，黑体辐射的能谱与其温度有关，可以通过普朗克公式来描述。
普朗克公式可以表示为：B(λ, T) = (2hc^2/λ^5)*(1/(e^(hc/λkBT)-1))其中，B(λ,T)是单位波长范围内黑体辐射的能量密度，h是普朗克常数，c是光速，λ是波长，T是绝对温度，kB是玻尔兹曼常数。
根据普朗克公式，我们可以看到黑体辐射的峰值频率随温度的升高而增加，峰值波长则随温度的升高而减小。
这意味着高温物体更容易发射短波长的辐射，而低温物体则更容易发射长波长的辐射。
通过对普朗克公式的积分，我们可以得到黑体辐射的总辐射功率：P=σT^4其中，P是单位面积黑体的总辐射功率，σ是斯特藩-玻尔兹曼常数。
根据斯特藩-玻尔兹曼定律，辐射功率与温度的四次方成正比。
这意味着随着温度的升高，辐射功率呈指数级增加。
在实际应用中，我们常常需要计算物体的热辐射功率。
这可以通过斯特藩-玻尔兹曼定律来实现。
首先，需要确定物体的表面积（A）和温度（T）。
P=σAT^4其中，σ是斯特藩-玻尔兹曼常数。
需要注意的是，上述公式只适用于理想黑体辐射，而实际物体的吸收和反射特性会影响其辐射功率。
为了考虑物体的吸收特性，可以引入一个吸收率（ε），公式可以写为：P=εσAT^4这样，我们就可以计算出物体的热辐射功率。
总结起来，热辐射原理是物体由于温度而发射出的能量。
可以通过普朗克公式和斯特藩-玻尔兹曼定律来描述和计算热辐射。
普朗克公式描述了黑体辐射的能谱，而斯特藩-玻尔兹曼定律则描述了黑体辐射功率与温度的关系。
为了考虑实际物体的吸收特性，我们可以引入吸收率来计算物体的热辐射功率。
热传导和热辐射
热传导和热辐射热传导和热辐射是热力学中两种常见的热能传递方式。
本文将介绍热传导和热辐射的定义、原理和应用。
一、热传导热传导是一种通过物质内部粒子之间的碰撞和传递能量的方式。
当一个物体的一部分受到热能输入时，其内部颗粒会与领近颗粒发生碰撞，从而将热能传递给周围的颗粒。
这样，热能会不断地从物体的高温区域向低温区域传导，直到整个物体达到热平衡。
热传导主要依赖于物质的导热性能。
不同物质的导热性能不同，如铜和铝的导热性能较好，而木材和橡胶的导热性能较差。
导热性能受物质的密度、热容和热导率等因素的影响。
热传导还遵循傅里叶定律，即传导热流密度与温度梯度成正比。
根据这个定律，我们可以计算物体内部不同位置的温度分布和传热速率。
热传导在日常生活和工业中有广泛应用。
例如，我们常用的隔热材料如保温棉、聚苯板等都是减缓热传导的材料。
此外，热传导也是冷却系统和暖气系统中的重要原理。
二、热辐射热辐射是一种不需要物质介质的热能传递方式。
物体在温度不为零的条件下会发出电磁辐射，其中包括可见光、红外线、紫外线等。
这些辐射能量的传递不依赖于物质的传导或对流，而是通过不同频率范围的电磁波进行的。
根据斯特藩-玻尔兹曼定律，物体辐射的热能与其温度的四次方成正比。
这意味着当物体温度升高时，其辐射能量将迅速增加。
这也是为什么高温物体会发出明亮的光芒的原因。
热辐射在许多领域中得到应用。
太阳能电池就是利用太阳的热辐射将其转化为电能。
此外，红外相机和红外测温仪等设备也依赖于物体辐射的热能来进行测量和观测。
三、热传导与热辐射的比较热传导和热辐射是热能传递的两种基本方式，它们有以下几点区别：1. 传递方式不同：热传导通过物质内部颗粒之间的碰撞传递能量，而热辐射则是通过电磁波传播能量。
2. 需要介质与否：热传导需要物质介质，而热辐射不需要介质，可以在真空中传递。
3. 能量传递速率：热传导的传热速率较慢，而热辐射的传热速率较快。
4. 温度依赖性：热辐射的能量与温度的四次方成正比，随着温度升高速度迅速增加；而热传导则没有这种温度依赖性。
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*-81024Wm 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。
热辐射与电磁辐射的计算
展望
展望热辐射和电磁辐射在 未来的发展方向和应用领 域
拓展阅读
1. Introduction to Radiative 01 Transfer
2. Applications of 02 Electromagnetic Fields
3. Radiation and the 03 Environment
热辐射和电磁辐 射对人体的影响
过量暴露在热辐射和 电磁辐射下可能对人 体健康造成危害。长 期受到辐射影响可能 导致细胞变异和损伤， 增加患病风险。因此， 我们需要加强对热辐 射和电磁辐射的防护 和监测，确保人体健 康。
热辐射和电磁辐射对环境的影响
负面影响
环境破坏
生态平衡
保护生态环境
减少排放
环境保护
实验室中的电磁辐射实验
天线
用于接收和发送 电磁波信号
频谱仪
用于测量电磁辐 射的频率和强度
热辐射与电磁辐射的比较实验
01 实验数据对比分析
比较热辐射和电磁辐射的特性
02 规律探究
研究两者之间的相关规律
03
热辐射和电磁辐射的相互影响实验
相互影响研究
设计实验探究热辐射和电 磁辐射之间的相互作用
转化关系验证
课堂互动
提问
什么是辐射传热？ 电磁辐射与热辐射有何异 同？
讨论
讨论热辐射和电磁辐射在 医学领域的应用 探讨辐射能源在未来能源 系统中的地位
互动
设计讨论如何优化 热辐射和电磁辐射的计算 方法
感谢观看
THANKS
电磁辐射转 化为热能
如太阳能吸收板
热辐射和电磁辐射的应用
能源利用
利用热辐射和电磁辐射来 获取能源
通信技术
什么是热辐射
什么是热辐射热辐射是一种能量传递方式，通过自由空间中的电磁波传播。
它是指由物体排放的热能以电磁辐射的形式传递出去的过程。
热辐射在自然界中广泛存在，也对人类的日常生活和科学研究起着重要作用。
1. 热辐射的基本原理热辐射的基本原理是根据物体的温度，物体会产生与其温度相关的电磁辐射。
根据普朗克黑体辐射定律，热辐射的强度与物体的温度呈正比。
热辐射的频率和强度与物体的温度相关，即温度越高，辐射的频率越高，辐射强度越大。
而热辐射的颜色也与物体的温度相关，低温物体呈红色，高温物体呈白炽色。
2. 热辐射的特点热辐射具有以下几个特点：（1）不需要介质传播：热辐射可以在真空中传播，不受物质的影响，因此它是在太空中能量传递的主要方式之一。
（2）传播速度快：热辐射的速度是光速，约为每秒300,000千米。
（3）能量传递高效：热辐射以电磁波的形式传递，能量既可以辐射出去，也可以吸收回来，使能量传递更加高效。
3. 热辐射在自然界中的应用热辐射在自然界中具有广泛的应用：（1）日光：太阳是地球上最重要的能源来源之一，它通过热辐射将能量传递给地球，维持了地球上各种生命的生存。
（2）地球辐射平衡：地球吸收的太阳辐射能量与地球辐射出去的能量保持平衡，维持地球的能量平衡。
（3）红外线照明：红外线作为热辐射的一种形式，被广泛应用于红外线照明、热成像等领域。
（4）热能转换：利用热辐射的原理，可以进行热能转换，如太阳能板将太阳辐射能转换为电能。
4. 热辐射在科学研究中的应用热辐射在科学研究中也具有重要作用：（1）红外光谱：热辐射中的红外光谱可以用于材料的结构分析、化学物质的检测等。
（2）热成像技术：热成像技术利用物体的热辐射来形成图像，可以广泛应用于医学、建筑、军事等领域。
（3）宇宙学研究：热辐射对于研究宇宙学中的宇宙背景辐射、星系演化等也具有重要作用。
总之，热辐射是一种通过电磁波传播的能量传递方式，广泛存在于自然界中。
它的特点包括不需要介质传播、传播速度快、能量传递高效等。
热辐射的推导与辐射热量计算
热辐射的推导与辐射热量计算热辐射是物体由于其温度而向周围环境发射的能量，它是一种无需传导物质的热传递方式。
热辐射是人类生活和工业应用中不可或缺的热能转换方式，比如太阳能利用、煤炭燃烧等。
一、黑体辐射强度和斯特藩-玻尔兹曼定律根据热辐射理论，一个理想化的物体，即黑体，能够完全吸收并完全发射所有进入它的辐射能量。
黑体的辐射特性可以通过黑体辐射强度来描述，表示为I，单位是W/㎡。
根据斯特藩-玻尔兹曼定律，黑体辐射强度与温度的关系可以用如下公式表示：I = σT^4其中，σ是斯特藩-玻尔兹曼常数，约等于5.67 ×10^-8 W/(㎡·K^4)，T是黑体的温度，单位是开尔文（K）。
二、辐射热量计算方法在实际应用中，我们常常需要计算物体通过热辐射传递的热量。
辐射热量的计算可以通过下述公式实现：Q = AεσT^4其中，Q表示辐射热量，单位是瓦特（W），A是物体的表面积，单位是平方米（㎡），ε是物体的辐射率（也是吸收率），σ是斯特藩-玻尔兹曼常数，T是物体的温度，单位是开尔文（K）。
在实际计算中，我们需要根据具体物体的辐射率来调整计算结果。
辐射率是物体对外发射辐射能量的程度，它的取值范围在0和1之间。
通常来说，我们可以通过参考文献或实验数据来获得不同物体的辐射率。
三、热辐射的应用与意义热辐射在众多领域中都有着重要的应用。
首先，太阳能利用就是基于热辐射原理的。
太阳作为一个热辐射强烈的恒星，将大量的辐射能量释放到周围空间中，通过太阳能热集热器等设备，可以将太阳辐射的能量转化为热能或电能。
其次，热辐射在工业应用中也不可或缺。
比如，在高温炉中，我们需要计算炉体内的热辐射传递，以便更好地了解炉内温度分布和能量传递情况，从而优化炉体设计和设备运行。
此外，热辐射的研究还在材料科学、环境工程等领域起到重要作用。
例如，在太空探测器的设计中，我们需要考虑探测器在极端温度条件下的热辐射问题，以保证设备的正常运行。
热辐射计算讲解
面即小球的投影面积dF1 rc2 为定值，且始终与连线 r 垂直，故cos1 1 ，应用式（12-26）得：
12
1 F1
F1 dF1
F2
cos 2 2Rdl r 2
因 cos 2
R r
，r
(R2 l 2 ) ,代人上式后得：
12
rc2 4r 2
E
dQ
dF1d
辐射强度：单位时间内，与某一辐射方向垂直的单位辐射面积在单位立体角内发射的全部波
长的辐射能量称为辐射强度，用符号 I 表示，单位为 W /(m2·sr)。如图所示；对于微元面积 dF1 在 θ 方向的辐射强度为：
I
dQ
dF1 cosd
式中，dF1cosθ 是微元面积 dF1 在垂直辐射方
L 2R2dl L (R2 l 2 )3 2
1
4
(R
2
2l
L
l
2
)1
2
L
L
(R2 l 2 )1 2
由上式不难看出，当 L 很大或 R 很小时，12 1，这表明离开热电偶接点的辐射能量几乎全 部落在管壁上。由于积分法求角系数比较复杂，所以经常将角系数的积分结果绘成图线，以
q E AG Eb AG
合并消去 G 得：
J
A
Eb
1 A
1q
对于灰体， A ，式（12-37）可改写为：
（12-37）
J
Eb
1
1q
（12-38）
或： Q qF Eb J
热传导与热辐射
热传导与热辐射热传导和热辐射是热的两种传播方式，在物理学中占据重要地位。
热传导是通过物质内部的分子碰撞传递热能，而热辐射则是通过电磁波传递热能。
本文将分别介绍热传导和热辐射的原理及其在自然界和工程中的应用。
一、热传导1. 基本原理热传导是指在物质内部通过分子之间的碰撞传递热能的过程。
当物体的一部分温度升高时，其分子的热运动增强，与周围分子发生碰撞，将热能传递给周围分子。
这样，热能就会从高温区域传导到低温区域，直到达到热平衡。
2. 热传导的特点热传导具有以下几个特点：- 它是无需物质传递的过程，热能是通过分子碰撞直接传递的；- 热传导的速度与物体温度差、物质的热导率和物质的尺寸有关；- 不同物质的热导率不同，热导率大的物质传热快，反之则慢；- 热传导通常发生在固体和液体中，气体中的热传导相对较弱。
3. 热传导的应用热传导在自然界和工程中有广泛应用，一些常见的应用包括：- 在暖气片中，通过热传导将热能从热水传递给周围的空气；- 热传导也被用于制冷设备中，将热能从冷却介质传递给被制冷的物体；- 在建筑施工中，通过热传导控制墙体的保温性能，以提高能源利用效率。
二、热辐射1. 基本原理热辐射是指物体因其温度而发出的电磁波。
物体的温度越高，辐射的能量越大。
热辐射的原理可以用黑体辐射定律来描述，即斯特凡-玻尔兹曼定律。
2. 热辐射的特点热辐射具有以下几个特点：- 热辐射无需介质传递，可以在真空中传播；- 热辐射的频率和强度与物体的温度有关，高温物体的辐射能量更大，频率也更高；- 热辐射在不同波长范围内的能量分布可以由普朗克辐射定律和维恩位移定律来描述。
3. 热辐射的应用热辐射在各个领域都有应用，以下是其中几个例子：- 太阳辐射是地球上的主要能源来源，支持了各种生物活动；- 红外线传感器利用物体发出的热辐射来探测目标；- 热辐射被用于太空探测器中，通过接收外太空物体的辐射来探测它们的温度和组成。
总结：热传导和热辐射是热的两种传播方式，各自具有不同的特点和应用。
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主要内容：
热辐射的基本概念、基本定律；
辐射传热计算的基本方法。 作业：练习题4-12, 4-13
1 热辐射的基本概念
(1) 热辐射 (T↑，热辐射↑)
物体因热的原因，对外以电磁波形式向外发出辐射能→ 吸收→热能。
① 热辐射机理的定性描述： 物体受热后→其中某些原子or 分子“激发态”，从激 发态 → 低能态→能量就以电磁波辐射的形式发射出来。
(2) Stefan-Boltzmann law(四次方定律)
——黑体辐射能力Eb与T 间的关系
Eb
0
Eb d
C15
C2 T
0
d f (T )
e
4
1
T Eb 0T 4 C0 100 0 5.67 108 W / m 2 K 4 C0 5.67W / m K
② 热射线
自发
可见光线(波长：0.4～0.8μm——T↑↑，热效应明显) 红外光线(波长：0.8～20 μm——多数具有实际意义 热辐射波长→决定作用)
③ 热射线的特点：
与可见光一样，服从反射与折射定律。
在均质介质中→直线传播； 在真空、多数气体中→完全透过；
在工业上常见的多数固体or液体中→不能透过。
A
即：任何灰体的辐射能力与吸收率之比恒等于同一温
度下绝对黑体的辐射能力。
或：
同一灰体吸收率与其黑度在数值上必相等。 ε ↑→A↑→E↑
Kirchhoff law推导的假设条件：
两无限大的平行平壁——两壁面间距离<<壁面尺寸； 其中一壁面1——灰体T1、E1、A1<1；另一壁面2——黑体T2、Eb、Ab=1； T1>T2，两壁面间为透热体(D=1)，系统对外绝热。 E1
热辐射
Heat Radiation
Keywords: Radiation heat transfer, Emissivity,Absorptivity,
Reflectivity, Transmissivity, Pranck law, Stefan-Boltamann law, Kirchhoff law
物体的A、R、D→其大小取决于： 物体的性质； 表面状况； 温度； 投射辐射线的波长。
灰体——能以相同吸收率吸收所有波长范围辐射能的物体；
特点： A与辐射线波长无关，即物体对投入辐射的吸收 率与外界无关；
不透过体，A+R=1 →工业上常见固体材料(0.4～ 20 μm)。 (3) 辐射传热 物体之间相互辐射与吸收辐射能的传热过程。
A<1，E<Eb 且 A= ε
3 物体间的辐射传热
——讨论两灰体间的辐射传热 (1) 两灰体间辐射传热过程的复杂性(与灰体—黑体间辐射传热对比)
2 4
Eb T 4
黑体的辐射系数
由四次方定律：Eb对T敏感，T↑，热辐射起主导作用。
(3) 灰体的辐射能力E — ε
将Stefan-Boltamann law用于灰体：
T E C 100
ε=E/Eb
4
C：灰体辐射系数；
定义： 物体的黑度ε 为 同温度下灰体与黑体的辐射能力之比，即
0, Eb 0; , Eb 0
紫外灾难
Eb Eb ,max ; Eb ;
② T↑ ，Ebλ，max移向波长较短的方向 ③ 等温线下的面积→黑体的辐射能力Eb 另外：
m T 2.9 10
－3
由于地表温度和太阳表面温度的差异，使 得二者辐射波长不同，又由于大气层中的 CO2吸收地球辐射波，导致温室效应。
T E Eb C0 100
ε：是物体本身的特性
4
ε由实验测定
物体的性质； 温度； 表面状况(表面粗糙度、氧化程度)。
(4) Kirchhoff law
——灰体辐射能力与吸收能力间(E～A)的关系
数学表达式：
E1 E2 Eb f T A1 A2
2 固体的辐射能力
定义：
表征固体发射辐射能的本领
物体在一定温度下，单位时间、单位表面积所发出 全部波长的总能量。 E（J/m2· s，即W/m2）
单色辐射能力：在一定温度下，物体发射某种波 长的能力，记作：Eλ(W/m3)
E dE E lim 0 d
(1) Planck law
(2)热辐射对物体的作用——A、R、D 当热辐射的能量投射在某一物体上时，其总能量Q： 被吸收QA； 被反射QR；
穿透物体QD。
Q QA QR QD
QA QR QD 1 Q Q Q A QA / Q
R QR / Q D QD / Q
① 黑体、镜体、透过体、灰体
A R D 1
Kirchhoff law推导过程：
对壁面1，辐射传热的结果即两壁面辐射传热的热通量q为： Eb A1Eb
q E1 A 1 Eb
推广到任意灰体，有：
当两壁面达到热平衡时，T1=T2 → q=0 → E1=A1Eb→ E1/A1=Eb
E1 E2 Eb f T A1 A2
理想物体，作为实际物体一种比较标准→简化辐射传热计算。
黑体(绝对黑体)：A=1，R=D=0→辐射与吸收能力max，
在热辐射的分析与计算中具有特殊重要性。 镜体(绝对白体)：R=1，A=D=0；
能全部反射辐射能，且入射角等于反射角(正常反射)。
透过体(绝对透过体)：D=1，A=R=0；能透过全部辐射能的物体。 实际上： 对 无光泽的黑体表面，A=0.96～0.98——接近黑体； 磨光的铜表面，R=0.97——近似镜体； 单原子or对称双原子气体，D↑——视为透过体。
E E d
0
——黑体的单色辐射能力Ebλ随波长λ、温度T的变化规律
Eb
e
C2 / T
C1
5
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1
f ( , T )
Ebλ T3 T2 T1 λ
T3 T2 T1
式中： Ebλ——黑体的单色辐射能力，W/m2； T —— 黑体的绝对温度，K； C1—— 常数，其值为3.743×10-16，W· m2； C2—— 常数，其值为1.4387×10-2，m· K。 从图中可见： ① 对应于每一温度T→均为一条能量分布曲线；