第7章-热辐射的基本定律
热辐射的规律
热辐射的规律热辐射是一种物体由于其温度而产生的电磁辐射现象，是物体内部分子振动引起的。
根据斯特藩-玻尔兹曼定律，热辐射的辐射能量密度正比于温度的四次方。
这意味着温度越高，辐射能量密度越大，辐射出的光谱也越短波长。
热辐射规律在自然界中随处可见。
太阳作为地球上最重要的热辐射源，发出的热辐射使得地球获得能量并维持生态系统的平衡。
夜晚的星空中，恒星发出的热辐射让我们看到美丽的星光。
地球的大气层也会吸收和辐射热能，形成温室效应，维持地球的温度适宜生命存在。
在工业生产中，热辐射也扮演着重要的角色。
工业炉燃烧产生的热辐射能源被用于加热材料、生产电力等工艺。
人们利用太阳能光伏电池板，将太阳的热辐射转化为电能，实现清洁能源的利用。
在日常生活中，我们也可以感受到热辐射的存在。
炉灶上的火焰、电热水壶的加热、暖气片散发的热量，都是热辐射的表现。
我们在冬天里暖暖的被窝中感受到的温暖，也是热辐射的结果。
热辐射不仅存在于宏观世界中，也存在于微观世界中。
原子和分子之间的振动和旋转运动产生的热辐射被称为分子热辐射。
分子热辐射是一种宏观物体所不具备的微观现象，它在大气层的能量传递中起着重要作用。
热辐射的规律性使得人类能够利用热能进行生产和生活。
人们通过深入研究热辐射的特性，不断开发新的利用方式和技术，以提高能源利用效率，减少环境污染。
热辐射作为一种基本的物理现象，贯穿于人类社会的各个领域，为人类的发展和进步提供了重要支撑。
总的来说，热辐射的规律性在自然界和人类社会中都具有重要意义。
通过深入研究热辐射现象，人类可以更好地理解能量的传递和转化规律，为可持续发展和环境保护提供重要的科学依据。
希望未来能够进一步挖掘热辐射的潜力，开发更多高效、清洁的能源利用方式，为人类社会的可持续发展做出更大贡献。
第七章 热辐射基本定律及物体的辐射特性
本质原因：物体对不同波长 的光谱吸收比 ( ) 不同
4、灰体——光谱吸收比 ( ) 与波长无关的物体 • ( ) 常数 •灰体吸收比 与外界条件无关 •灰体同黑体一样，是一种理想物体
实际物体常可看作灰体的条件：
1)热辐射能量集中在 0.76 10 m 红外线内， 而 ( ) 在此区内近似不变的物体 2)对投入的热辐射波长范围具有等 ( ) 的物体
若投入辐射来自黑体（ T2 ）（吸收物体温度 T1 ），则
0
( , T1 ) Eb (T2 )d
0
Eb (T2 )d
0
( , T1 ) Eb (T2 )d T24
（7-23b）
f (T1 , T2，表面1性质)
若投入辐射来自实际物体（T2 ），则
（7-3）
（7-4）
漫反射 （一般工程材料表面形成）
液体
四、几个名词 1、黑体——物体的吸收比 1 ( 0)
2、镜体——物体的镜面反射比 1 ( 0) 3、白体——物体的漫反射比 1 4、透明体——物体的穿透比 1 ( 0)
3、斯忒藩-玻耳兹曼定律（俗称四次方定律） ——黑体辐射力 Eb
T
Eb Eb d
0
0
c1 5 4 d T ec2 ( T ) 1
黑体辐射常数
（7-9）
8 2 4 其中 5.67 × 10 W (m K )
或
其中
T 4 Eb c0 ( ) 100 ，
b) T 1000 则 Fb (0 ) 0.05%
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＝2 5—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。
传热学-第七章热辐射基本定律及物体的辐射特性
定律 表示式 说明
韦恩位移定律 λmax = b / T 黑体辐射波长与温度的关系
理想黑体的辐射特性
理想黑体具有尽可能高的吸收率和发射率，同时它是完美的热辐射体，能够根据其温度和波长分布发射出连续 的辐射能量。
实际物体的辐射特性
实际物体的辐射特性受到其表面性质的影响。反射率与吸收率、发射率与辐射率以及雷诺茨定律帮助我们了解 和描述实际物体的辐射情况。
反射率与吸收率
实际物体吸收和反射辐射能量 的能力
发射率与辐射率
实际物体辐射能量的发出能力
雷诺茨定律
物体在达到热平衡后，各表面 温度和总发射能力一致
热辐射的应用和实例
热辐射广泛应用于热工技术、太阳能技术、计算机热管理等领域。例如，太阳能电池利用光照下的热辐射转换 为电能。
太阳能电池
利用光照下的热辐射转换为电能
传热学-第七章热辐射基 本定律及物体的辐射特性
了解热辐射的基本概念和定义，掌握热辐射的三大基本定律：斯特藩-玻尔兹 曼定律，基尔霍夫定律和韦恩位移定律。
斯特藩-玻尔兹曼定律
斯特藩-玻尔兹曼定律揭示了黑体辐射功率与温度的关系，P = εσT4，其中P为辐射功率，ε为辐射率，σ为斯特 藩-玻尔兹曼常数。
定律 表示式 说明
斯特藩-玻尔兹曼定律 P = εσT4 黑体辐射功率与温度的关系
基尔霍夫定律
基尔霍夫定律阐明了一个物体表面的吸收率和发射率相等，α = ε。
1 基尔霍夫定律
物体表面的吸收率和发射率相等
韦恩位移定律
韦恩位移定律描述了黑体辐射波长与黑体温度之间的关系，λmax = b / T，其中λmax是峰值辐射波长，b是韦恩 位移常数。
总结和要点
• 热辐射包括斯特藩-玻尔兹曼定律、基尔霍夫定律和韦恩位移定律 • 理
热辐射的基本定律分解课件
红外线诊断
利用红外线辐射技术，对 设备进行无损检测和故障 诊断，如航空航天、石油 化工等领域。
太阳能利用
太阳能通过热辐射形式传 递到地球表面，为人类提 供能源，如太阳能电池板 、太阳能热水器等。
CHAPTER 02
基尔霍夫定律
基尔霍夫定律的表述
热辐射的能量分布在 不同物体表面之间， 满足叠加原理。
利用效率。
CHAPTER 03
斯蒂芬-玻尔兹曼定律
斯蒂芬-玻尔兹曼定律的表述
• 斯蒂芬-玻尔兹曼定律表述为：对于一个黑体表面，其辐射的功 率密度（W/m²）与表面温度的四次方成正比，与波长的四次 方成反比。
斯蒂芬-玻尔兹曼定律的物理意义
• 斯蒂芬-玻尔兹曼定律描述了黑体表面辐射的规律，它反映了热辐射与温度和波长的关系。在热辐射过程中，随着表面温度 的升高，辐射功率密度增大；而随着波长的增加，辐射功率密度减小。
在一定的温度下，物体发射的能量最大的频率是极辐射频率。
普朗克辐射定律的应用场景
工业生产中的热辐射防护。
高温测量和温度监控。
红外光谱分析和红外遥感技术。
激光器、红外光源等光学器件的设计与应用。
CHAPTER 05
三大定律的相互关系与总结
三大定律的相互关系
热辐射的三大定律分别是：斯蒂芬-玻尔 兹曼定律、普朗克定律和维恩位移定律 。
未来研究可以进一步探索热辐射的微观机制，如分子振动和电子激发等对热辐射的影响；也 可以利用新材料和新技术，如纳米材料和光子晶体等来实现对热辐射的控制和利用。
同时，对于复杂环境和条件下（如高温、高压、强磁场等）的热辐射特性也需要进一步研究 和探索。
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热辐射的基本定律分解 课件
第七章热辐射基本定律2
E Eb
＝
I cos I b cos
I Ib
如果实际物体的方向辐射力遵守兰贝特定律，该物 体表面称为漫射表面。黑体表面就是漫射表面。
如果实际物体是漫射表面，则其方向辐射率应等于
常数，而与角度无关。事实上实际物体不是漫发射
体，即辐射强度在空间各个方向的分布不遵循兰贝
特定律，是方向角的函数。 对于非金属表面在很大 范围内方向黑度为一个
E ( ) Eb
发射率与单色发射率之间的关系为
E Eb
( ) E d
b 0
T
4
③方（定）向发射率
物体表面在某方向上的方向辐射力与同温度黑体辐 射在该方向上的方向辐射力之比。亦可表示为物体
在某方向上的辐射强度与同温度黑体辐射在该方向
上的辐射强度之比，即
=0.82~0.92，故可取对应1400℃的n为0.92，即 =n
=0.92，辐射力为：
T E c0 100
4
W 1400 273 4 0.92 5.67 2 4 K m K 100 409 103 W/m 2
4
例 7-5 ：实验测得 2500K 钨 丝的法向单色发射率如图 所示，计算其辐射力及发 光效率。 解： 设钨丝为漫射表面
1T1 1.5m 500K 750m K
查表得
Fb ( 01 ) 0.000
2T1 10m 500K 5000m K
查表得
Fb ( 02 ) 0.634
故 (T1 ) 0.1 0.000 0.5 0.634 0.8 (1 0.634) 0.61 （2）按吸收比定义：
传热学热辐射基本定律和辐射特性
黑色油漆对可见光吸收比约0.9 。
4.温室效应
暖房： 玻璃和塑料薄膜对λ< 3μm太阳辐射的穿透率很高 对内部的物体热辐射 λ> 3μm常温辐射的穿透率很低
•温室气体：CO2、CFC制冷剂（R12等）对≥3μm的 红外波段吸收率高，而对于太阳辐射穿透率高
光谱辐射力特征： 光谱辐射力随温度升高而增加；
光谱辐射力随波长增加先增后减，具有最大Ebλ 光谱辐射力最大处的波长随温度不同而不同，随温度增加，λmax减小
(2) 维恩位移定律
光谱辐射力最大处的波长λmax与绝对温度T 的乘积为常数。 λmaxT = 2.898×10-3m·K≈ 2.9×10-3m·K =2900μm·K
E
d( )
dA d
E 2 E d
d():面积dA的微元面积，向空间纬度角方向的微 元立体角d内辐射的能量
兰贝特定律—— 黑体按空间方向的分布规律
表述1：黑体辐射的定向辐射强度与方向无关，即半球空间的各方向上的定 向辐射强度相等：
d( ) dAcos d
=I b
const
表述2：黑体单位辐射面积,单位立体角的定向辐射力
说明： （1）工程上遇到温度范围，热射线集中在红外范 围内（ 0.76~20μm ） （2）太阳辐射可见光占44.8%，红外线占45.1%， 紫外线占10.1% （3）常温20℃以下物体辐射几乎在3μm以上的红 外。
➢ 物体表面对热辐射的作用
（1）物体对热辐射的吸收、反射与穿透
根据能量守恒，有以下平衡方程：
微元立体角
d
dAc r2
➢ 黑体的定向辐射强度和定向辐射力：
E
d( )
dA d
实验测定 黑体
Eb,
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。
热辐射基本定律和辐射特性
例7-1：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m 。
解：按 m T2.910 3m K计算：
当T=2000K时， m2.9 210 0 3K m 0K 01.4 510 6m
当T=5800K时，
m2.9 518 0 3K m 0K 00.510 6m
可见工业上一般高温辐射（2000K内），黑体最大光 谱辐射力的波长位于红外线区段，而太阳辐射 （5800K）对应的最大光谱辐射的波长则位于可见光 区段。
dω为微元立体角
E
d 2Q
ddA
方向辐射力与辐射力之间的关系： E
E d
2
dQ
df
dQλ
r
dφ
dA
dA
（a）微元表面总辐射 （b）微元表面单色辐射
dA
（c）微元表面方向辐射
立体角是用来衡量空间中的面相对于某一点所 张开的空间角度的大小，如图c所示，其定义为：
d df r 2
df为空间中的微元面积，r为该面积与发射点之 间的距离。
普朗克定律表示的是黑体的辐射能按波长的分
布规律，给出了黑体的单色辐射力与热力学温 度T、波长之间的函数关系，由量子理论得到 的数学表达式为：
Eb
c1
5 ec2 (T )
1
c1为第一辐射常数，c1=3.74210-16W·m2； c2为第二辐射常数，c2=1.4388 10-2m·K
图中给出了在温度为参变量下的单色辐射力随
解：在热平衡条件下，黑体温度与室温相同， 辐射力为：Eb1c01T104 05.67m2W K4217 2 07 04 3K4
45W 9 2 /m
327℃黑体的辐射力为
传热学第七章-热辐射基本定律-2
, cons.t
, cons.t
3 实际物体辐射与吸收之间的关系－基尔霍夫 定律
假定两块平行平板距离很近， 从一块板发出的辐射能全部 落到另一块板上。若板1为 黑体表面，板2为任意物体 的表面。
T2
T1
E
Eb
Eb (1-)Eb
两者的辐射力、吸收比和表
面温度分别为Eb、 b(=1)、 T1、E、 和T2。
黑体是理想的吸收体，它对一切波长和所有方向入射 辐射的吸收比均等于1。于是对黑体有：
bb b b ,1
2、 实际物体的吸收-灰体
实际物体表面对热辐射的吸收是针对投入辐射而言 的。实际物体对入射辐射吸收的百分数称之为该物 体的吸收比。
物体对某一特定波长的辐射能所吸收的百分数定义 为光谱吸收比，记为()。
率可近似地表示为：1.5m时, () = 0.1; =1.510m时, () = 0.5; > 10m时, () = 0.8。（ 非灰体）；炉墙内壁接受来自燃烧着的煤层的辐射， 煤层温度为2000K。设煤层的辐射可作为黑体辐射， 炉墙为漫射表面，试计算炉墙发射率及其对煤层辐射 的吸收比。
分析：（1）
由表7-1查得: Fb(02) 0.6341
0.4 50.634 0.1 1 (10.63)41
0.322
EEb0.3225.67m2W k421500K004
7.13105W/2m
（2）计算可见光范围的辐射能，取可见光波长为
0.38~0.76 m
1 T 0 0 .3m 8 m 2K 5 9 05 m 0 K 0
几种金属导体在不同方向上的定向发射率（）
④单色方向发射率
,
E , Eb ,
实际物体的辐射力
传热学热辐射的基本定律及辐射换热
of wavelength and direction. Namely =1.
2. For a prescribed temperature and wavelength, no surface can emit more energy than a blackbody.
2. 立体角(Solid angle)——续
d sindd
The solid angle associated with the entire hemisphere may be obtained by integrating the above Equation over the limits =0 to 2 and =0 to =/2. Hence
0
0 Ie cos sindd
Ie
对于漫射非黑体表面
J Ier
➢ 结论： 对于漫射表面，辐射力是任意方向辐射(强)度的倍。
§8.3 实际物体和灰体的辐射
一、实际物体(Real surface)
❖ 热辐射有两个重要特征：一是光谱性质，即光谱 辐射力随波长变化；一是方向性，即辐射度因方 向而异。
1. 实际物体的发射率
E Eb
0 E d
0 Eb d
0 E d bT 4
E(T ) (T )Eb (T ) (T ) bT 4
2. 实际物体的光谱发射率
E Eb
3. 实际物体的定向发射率
E Eb
4. 实际物体的光谱定向发射率
,
E , Eb ,
5. 温度为T时实际物体的光谱定向发射率
➢辐射换热与导热、对流换热不同，它不依 赖于物体的接触而进行热量传递。
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：
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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：⑴辐射换热与导热、对流换热不同、它不依赖物体的接触而进行热量传递，而导热和对流换热都必须由冷、热物体直接接触或通过中间介质相接触才能进行。
⑵辐射换热过程伴随着能量形式的两次转化，即物体的部分内能转化为电磁波能发射出去，当此波能射及另一物体表面而被吸收时，电磁波能又转化为内能。
⑶一切物体只要其温度T＞0K，都会不断地发射热射线。
当物体间有温差时，高温物体辐射给低温物体的能量大于低温物体辐射给高温物体的能量，因此总的结果是高温物体把能量传给低温物体。
即使各个物体的温度相同，辐射换热仍在不断进行，只是每一物体辐射出去的能量，等于吸收的能量，从而处于动平衡的状态。
二、物体的热辐射特性-吸收、反射和透射当热射线投射到物件上时，遵循着可见光的规律，其中部分被物体吸收，部分被反射，其余则透过物体。
如图所示，其中反射存在漫反射和镜反射两种情况。
在物体表面对射线的吸收、反射和透射的过程中，能量平衡关系为：由此可定义吸收率、反射率和透射率：物体吸收率：；物体反射率：；物体透射率。
其中；对于单色吸收率、单色反射率、单色透射率：。
为研究辐射特性可提出以下理想辐射模型：黑体：α=1 ρ=0 τ=0；白体：α=0 ρ=1 τ=0；透明体：α=0 ρ=0 τ=1自然界和工程应用中，完全符合理想要求的黑体、白体和透明体虽然并不存在，但和它们根相象的物体却是有的。
例如，煤炭的吸收比达到0.96，磨光的金子反射比几乎等于0.98，而常温下空气对热射线呈现透明的性质。
但是，在分析实际物体表面的吸收、反射和透过特性的时候，必须非常谨慎地对待波长，尤其要注意不能以肉眼的直观感觉来判断某物体吸收比的高低。
对于τ＝1的物体、说明它能允许投射来的辐射能全部透射过去、因此，称为透明体。
这种极限状况在自然界中并不存在，只能有近似的透明体，如双原子气体(氧气、氮气)可视为?＝1的透明体；干燥的空气也可以近似视为透休，但当空气中掺有水蒸气和二氧化碳气时，它就不再能作为透明体来处理，因为这两种气体的吸收率不等于零。
有些物体的透射性能与波长有关。
也就是说，它对于某——波长范围的辐射线表现出良好的透射性能，而对另一些波长范围则表现为非透明体性能，这就是物体对波长的选择性。
例如普通玻璃对可见光来说是良好的透明体，但对紫外线和红外线来说就不是透明体。
因此人们在普通玻璃的室内进行日光浴的效果就与室外显著不同。
对大多数的固体和液体来说，热射线都是不能透射的，即τ＝o。
这时，α十ρ＝1由上式可以看到，对于τ＝o的物体，吸收能力越强，它的反射能力就越弱；或者说反射能力越强的非透体，其吸收能力就越弱。
这一知识早巳被人们的日常生活所验证。
例如夏天人们总是喜欢穿白色衣服，这就是利用白色对可见光反射能力强这一特点，便衣服吸收的可见光减少，达到凉爽的目的。
又如在防原子辐射的设施上涂成白色也是这个道理。
但是应该注意，颜色对可见光的特性并不能概括为额色对全部热射线的特性，上面已经提及普通玻璃对可见光是透体而对紫外线和红外线却不是进体。
而白色涤对可见光具有很高的反射串，但对于红外线的反射率却很低；白族和黑漆对红外线的反射率和吸收牢几乎没有什么差别。
可见，对热射线的吸收与反射并不取决于颜色，实际上在很大程度上取决于物体表面的状况、粗糙度等因素。
对于物体P＝1的极限情况，说明物体能将投射来的辐射能全部反射掉。
这种物体称为白体。
物体对投射来的射线的反射可分为镜反射和漫反射。
镜反射时射线入射角等于射线的反射角，而漫反射则比较地元规律。
表面粗糙度对射线的反射有决定性的影响。
注意，这里所指的表面扭糙度是相对于辐射线的波长而言的。
当表面不平整度(粗极度)小于投射射线的波长时，即为光滑表面，这时形成镜反射，如高度抛光的金属表面。
一般的：t程材料表面对热射线来说均可视力粗糙表面，所以形成漫反射。
在本课程所涉及的范围内都只限十漫射表面。
对于。
＝1的物体，意味着它能全部吸收投射来的各种波长的辐射能，可见它是物体吸收能力最强的一种物体，因此称之为绝对黑体或黑体。
在自然界中并不存在绝对黑体。
人们可以制造出近似的黑体。
例如在高吸收率不透明材料构成的等壁温空腔上开一小扎，就可以把该小孔视为该温度下的黑体。
由于投射到小7L上的射线进入空腔后，经过反复吸收、反射，而最后从小孔反射出去的能量可以忽略。
可以认为能量全部被小孔吸收。
在理解上述基本概念时，应注意以下几个问题：⑴镜反射和漫反射。
一般工程材料均形成漫反射。
⑵物体的颜色。
关键在于是物体本身发射可见光还是物体反射可见光。
⑶理想辐射模型均是对全波长而言的。
三、辐射强度和辐射力所有的固体和液体表面都随时向其上方的整个空间(称为半球空间)发射不同波长的辐射能量。
为了进行辐射换热的工程计算，必须研究物体辐射能量随波长的分布特性，以及在半球空间各个方向亡的分布规律。
㈠辐射强度1、立体角：是一个空间角度。
定义为：，单位为立体弧度Sr其中θ的变化范围是0-900，β的变化范围则是0-3600。
2、辐射强度：是物体给定辐射方向上，物体在与发射方向垂直的方向上的单位投影面积，在单位时间和单位立体角内所发射全波长的能量，符号为I，单位为W/(m2Sr)。
，其中3、单色辐射强度如果辐射强度是指在波长λ附近的单位波长间隔内所发射的能量，称为单色辐射强度，符号为Iλ，单位为W/(m2μm Sr)。
㈡辐射力1、辐射力：发射物体每单位表面积在单位时间内向半球空间所发射的全波长能量，称为辐射力，符号为E，单位为W/m2。
E与I的关系为：；E与Iλ的关系为：2、单色辐射力：如果辐射力是指在波长λ附近的单位波长间隔内所发射的能量，称为单色辐射力，符号为Eλ，单位为W/(m2μm)。
3、定向辐射力：如果辐射力是指在某规定方向上的单位面积上所发射的能量，称为定向辐射力，符号为Eθ，单位为W/(m2μm)。
第二节热辐射的基本定律重点内容：热辐射的基本定律及实际物体的热辐射特性简化方法一、黑体黑体具有最大的吸收力(α=1)，同时亦具有最大的辐射力(ε=1)。
在实际物体中不存在绝对黑体，为此引出人工黑体，如图所示。
具有一个小孔的等温空腔表面，若有外部投射辐射从小孔进入空腔内，必将在其内表面经历无数次的吸收和反射，最后能够从小孔重新选出去的辐射能量必定微乎其微。
于是有理由认为，几乎全部入射能量都被空腔吸收殆尽。
从这个意义上讲，小孔非常接近黑体的性质。
另外，腔内空间的辐射场系由腔内表面的发射和反射叠加而成，是各向同性的，而且必定和从小孔选出的辐射具有相同的性质，也等于腔壁温度所对应的黑体辐射力。
二、普朗克(M.Planck)定律1、表达式，其中C1、C2分别称为普朗克第一常数和第二常数。
该规律描述了黑体单色辐射力随波长及温度的变化规律，如图所示。
2分析⑴在一定温度下，黑体在不同波长范围内辐射能量各不相同。
⑵维恩位移定律：随着温度T增高，最大单色辐射力E bλ,ma x所对应的峰值波长λmax逐渐向短波方向移动。
λmax T=2897.6μK。
⑶黑体T<1400K，辐射大部分能量集中在λ=0.76-10 μ内，从而可以忽略可见光。
常温下，实际物体的辐射主要是红外辐射。
三、斯蒂芬-玻尔兹曼定律E b=σb T4W/m2；σb=5.67*10-8W/(m2K4)描述了黑体辐射力随表面温度的变化规律。
也可以计算某一波长范围内的辐射力。
其中称为黑体辐射系数。
四、兰贝特(Lambert)余弦定律包括三个方面的内容：1、半球空间上，黑体的辐射强度与方向无关。
即：，而各朝向辐射同性的表面称为漫辐射表面。
2、漫辐射表面定向辐射力与辐射强度间满足：3、漫辐射表面的辐射力是辐射强度的π倍。
该定律描述了黑体及漫辐射表面定向辐射力按空间方向的分布变化规律。
7-3、实际固体何液体的辐射特性黑体是所有物体当中吸收能力最大，同时发射能力也最大的理想化表面，这个特点使它很自然地成了描述实际表面的吸收和发射能力大小的最佳基准。
通常实际表面(固体或液体)的光谱辐射力比同温度的黑体小，而且表现出不像黑体那么有规律。
一般对实际物体表面辐射特性进行一定程度的简化，再用辐射率和吸收率进行修正。
引入辐射率是为了定量描述实际物体在发射辐射方面与黑体的差别，而引入吸收率是为了定量描述实际物体在吸收辐射方面与黑体的差别。
㈠辐射率(全波长)辐射率；定向辐射率；单色辐射率单色辐射率在图中，是两段线段长度之比；辐射率则是阴影面积（即实际物体辐射力）与实线下的面积（即黑体辐射力）之比；实际物体用灰体近似替代，在图上就意味着，虚线下的面积与阴影面积相同。