關于輻射度與光度學基礎知識牛頓——微粒說根據光直線傳播現象，對反射和折射做了解釋不能解釋較為復雜的光現象：干涉、衍射和偏振波動理論惠更斯、楊氏和費涅耳等1690年解釋光的干涉和衍射現象法拉第猜測光與電磁的存在一定關系麥克斯韋電磁理論：光是一種電磁波1.1光的基本性質第2頁,共25頁，2024年2月25日，星期天光量子說1900年普朗克在研究黑體輻射時，提出輻射的量子論。1905年，愛因斯坦在解釋光電發射現象時提出光量子的概念。光子的能量與光的頻率成正比光具有波粒二象性1.1光的基本性質第3頁,共25頁，2024年2月25日，星期天輻射能Qe一種以電磁波形式發射、傳播或接收的能量。單位：焦耳[J]輻射通量Φe單位時間內通過一定面積發射、傳播或接收的能量，又稱輻射功率Pe，是輻射能的時間變化率。單位：瓦［Ｗ］輻射強度Ｉe點輻射源在給定方向上通過單位立體角內的輻射通量。單位：瓦每球面度［W/Sr］1.2輻射度的基本物理量第4頁,共25頁，2024年2月25日，星期天1.2輻射度的基本物理量SdΩdΦe若點輻射源是各向同性的，即其輻射強度在所有方向上都相同，則該輻射源在有限立體角內發射的輻射通量為Φe=Ie×Ω；在空間所有方向上發射的輻射通量為Φe=Ie×4π圖1-1點輻射源的輻射強度第5頁,共25頁，2024年2月25日，星期天輻射出射度Ｍe

擴展輻射源單位面積所輻射的通量（也稱輻射本領）。單位：［W/m2］輻射照度Ee投射在單位面積上的輻射通量。單位:［W/m2］1.2輻射度的基本物理量注意：輻射出射度和輻射照度的表達式和單位完全相同，其區別在于前者描述面輻射源向外發射的輻射特性，而后者描述輻射接收面所接收的輻射特性。第6頁,共25頁，2024年2月25日，星期天1.2輻射度的基本物理量輻射亮度Ｌe

輻射表面定向發射的輻射強度。單位:［W/m2．Sr］光譜輻射通量Φe（λ）

輻射通量的光譜密度，即單位波長間隔內的輻射通量。單位：［W/μm］Φe（λ）0λλ

+dλΦe(λ)=dΦe/dλ圖1-2光譜輻射通量與波長關系第7頁,共25頁，2024年2月25日，星期天基本輻射度量的名稱、符號和定義方程第8頁,共25頁，2024年2月25日，星期天發光強度Iv發出波長為555nm的單色輻射，在給定方向上的輻射強度為1/683（Wsr-1）時，在該方向上的發光強度規定為1cd。單位：坎德拉（Candela）［cd］，它是國際單位制中七個基本單位之一。光通量Φv光強度為1cd的均勻點光源在1sr內發出的光通量。單位：流明［lm］。光照度Ev單位面積所接受入射光的量，單位：勒克斯lx，相當于1平方米面積上接受到1個流明的光通量。

1.3光度量的基本物理量第9頁,共25頁，2024年2月25日，星期天光度量和輻射度量的定義及表達式是一一對應的。輻射度量下標為e，例如Qe，Φe，Ie，Me，Ee，光度量下標為v，Qv，Φv，Iv，Lv，Mv，Ev。光度量只在可見光區（３８０－７８０nm)才有意義。輻射度量和光度量都是波長的函數。1.3光度量的基本物理量結論第10頁,共25頁，2024年2月25日，星期天晴天陽光直射地面照度約為100000lx晴天背陰處照度約為10000lx晴天室內北窗附近照度約為2000lx晴天室內中央照度約為200lx晴天室內角落照度約為20lx陰天室外50—500lx陰天室內5—50lx月光（滿月）2500lx日光燈5000lx電視機熒光屏100lx閱讀書刊時所需的照度50~60lx在40W白熾燈下1m遠處的照度約為30lx晴朗月夜照度約為0.2lx黑夜0.001lx第11頁,共25頁，2024年2月25日，星期天什么是黑體？（1）在任何條件下，完全吸收任何波長的外來輻射而無任何反射的物體（2）吸收比為1的物體

（3）在任何溫度下，對入射的任何波長的輻射全部吸收的物體黑體輻射（black-bodyradiation）

1.4黑體輻射第12頁,共25頁，2024年2月25日，星期天1.黑體概念黑體：是指能吸收投入到其面上的所有熱輻射能的物體，是一種科學假想的物體，現實生活中是不存在的。但卻可以人工制造出近似的人工黑體。黑體模型1.4黑體輻射圖1-3黑體模型第13頁,共25頁，2024年2月25日，星期天

既然現實世界不存在這種理想的黑體，那么用什么來刻畫這種差異呢?

對任一波長，定義發射率為該波長的一個微小波長間隔內，真實物體的輻射能量與同溫下的黑體的輻射能量之比。顯然發射率為介于0與1之間的正數，一般發射率依賴于物質特性、環境因素及觀測條件。如果發射率與波長無關，那么可把物體叫作灰體(greybody)，否則叫選擇性輻射體。

1.4黑體輻射第14頁,共25頁，2024年2月25日，星期天2.黑體輻射的三個基本定律（1）普朗克輻射定律式中，λ—

波長，m；T—

黑體溫度，K；

c1—

第一輻射常數，3.742×10-16W

m2；

c2

—

第二輻射常數，1.4388×10-2W

K；圖1-4是根據上式描繪的黑體光譜輻射度與波長和溫度的變化關系。λm與T

的關系由Wien位移定律給出，圖1-4普朗克定律圖示1.4黑體輻射第15頁,共25頁，2024年2月25日，星期天（2）斯忒藩—玻爾茲曼定律式中，σ=5.67×10-12w/(cm2

K4)，是Stefan-Boltzmann常數。黑體輻射函數黑體在波長λ1和λ2區段內所發射的輻射度，如圖1-5所示。

圖1-5特定波長區段內的黑體輻射1.4黑體輻射第16頁,共25頁，2024年2月25日，星期天（3）維恩位移定律峰值光譜輻射出度Me,s,λm所對應的波長λm與絕對溫度T的關系。1.4黑體輻射第17頁,共25頁，2024年2月25日，星期天例：太陽可以看成黑體，地球上測出其峰值波長為

m=5100?，則其表面溫度和輻出度為多少？

1.4黑體輻射第18頁,共25頁，2024年2月25日，星期天1、溫度范圍廣：-80～1600℃，發射率優于0.995；

2、實用性強：主要用于校準、檢定輻射溫度計、紅外測溫、紅外熱像儀和輻射溫度傳感器、探測器等；

3、可溯源性：外部配備標準鉑電阻（或熱電偶）及獨立的顯示表做為標準器顯示黑體腔內實際溫度值，這樣只需將標準鉑電阻（或熱電偶）送上級計量部門檢定，這將最大限度的減少了溯源傳遞過程中所造成的不確定度，不需將整臺儀器送檢，方便工作；

4、體積小巧，便于攜帶。

黑體爐優點：1.4黑體輻射第19頁,共25頁，2024年2月25日，星期天主要技術指標：1）黑體腔口發射率2）輻射溫度準確性3）腔體內壁面溫度均勻性1.4黑體輻射第20頁,共25頁，2024年2月25日，星期天對于輻射式溫度計，它是以絕對黑體的輻射能為基準對儀器進行分度的，所以儀器測出的值稱為輻射溫度。輻射溫度的定義：黑體的總輻射能等于非黑體的總輻射能時，此黑體的溫度即為非黑體的輻射溫度。根據全輻射強度定理，總輻射能相等，則有：輻射測溫因為非黑體全輻射黑度系數εT<1，則TF<T因此用輻射溫度計測出的溫度要比物體的真實溫度低。第21頁,共25頁，2024年2月25日，星期天因為實際物體的單色黑度系數和全輻射黑度系數的數值相差很大，但是對同一物體的不同波長的單色黑度系數和來說，其比值的變化卻很小。所以用比色溫度計測得的溫度稱為比色溫度，它與物體的真實溫度很接近，一般可以不進行校正。定義：黑體輻射的兩個波長λ1和λ2的光譜輻射亮度之比等于非黑體的相應的光譜輻射亮度之比時，則黑體的溫度即為這個非黑體的比色溫度TS。輻射測溫第22頁,共25頁，2024年2月25日，星期天