第八講一、本課的基本要求：3.熱輻射的基本定律：普朗克定律的表達式、物理意義；維恩位移定律的表達式及物理意義；四次方定律的表達式、物理意義。1.

熱輻射的本質及特點。2.

輻射強度與輻射能力的含義。4.灰體、黑度的基本概念及影響黑度的主要因素。5.基爾霍夫定律的兩種表達式及物理意義。第二章熱

量

傳

輸輻射換熱基本概念和基本定律二、本課的重點、難點：

2.熱輻射的基本定律既是本課的重點又是本課的難點。

1.本課的重點是熱輻射的特點。第二章熱

量

傳

輸§2.4輻射換熱

2.4.1熱輻射的基本概念

1.熱輻射的本質

(1)輻射：物體以電磁波的方式向外傳遞熱量的過程。(2)輻射能：物體以電磁波的方式向外傳遞的能量。通常以輻射表示輻射能。第二章熱

量

傳

輸(3)熱輻射：因熱引起的電磁波輻射稱為熱輻射。它是由物體內部微觀粒子在運動狀態改變時所激發出來的。(4)能量轉換：內能

輻射能

輻射能

內能

A物體（發射）B物體（吸收）第二章熱

量

傳

輸(6)電磁波的速率、波長和頻率的關系：

c=

電磁波的特性取決于波長或頻率。在熱輻射分析中通常用波長來描述電磁波。(5)輻射換熱：是指物體之間相互輻射和吸收過程的總效果。當物體的溫度處于平衡時，則它們之間輻射和吸收的能量相等，處于熱的動平衡狀態。(7)電磁波的波譜如書上157頁圖2-4-1第二章熱

量

傳

輸熱射線的本質決定了熱輻射過程有如下特點：（1）它是依靠電磁波向物體傳輸熱量，而不是依靠物質的接觸來傳遞熱量。（2）輻射換熱過程中伴隨著能量的兩次轉換：物體的內能

輻射能；（接受）輻射能

（轉換）內能（3）一切物體只要其溫度T>0K，都在不斷發射熱射線。電磁波具有波粒二象性。第二章熱

量

傳

輸2.輻射能的吸收、反射、透射熱射線與光的特性相同，所以光的投射、反射、折射規律對熱射線也同樣適用。如圖示：Q

Qr

Qa

Qd

第二章熱

量

傳

輸根據能量守恒定律有：r——反射率；a——吸收率；d——透過率。第二章熱

量

傳

輸當吸收率a=1時，表明物體能將投射到它表面的熱射線全部吸收，稱為絕對黑體，簡稱黑體。

當反射率r=1時，表明物體能將投射到它表面的熱射線全部反射出去，稱為絕對白體，簡稱白體。當是鏡反射（入射角=反射角）則稱鏡體。第二章熱

量

傳

輸當d=1時，稱為絕對透明體，簡稱透明體，又稱介熱體、透熱體。應該指出：上面所說的黑體、白體、透明體均是對熱射線而言，而不是對可見光而言。第二章熱

量

傳

輸第二章熱

量

傳

輸黑體模型3.輻射強度和輻射能力（1）輻射強度：指表面朝向某個給定方向，對垂直于該方向的單位面積、在單位時間、單位立體角內所發射的全部波長的能量，用I表示。單位為W/m2

Sr

。若輻射能力僅指某波長

下波長間隔d

范圍內所射的能量，則稱單色輻射強度。用I

表示。單位為W/m2

m

Sr。第二章熱

量

傳

輸（2）輻射能力：發射輻射能的物體，每單位面積、單位時間內向半球體空間所發射的全部波長的輻射能量，用E表示。單位為W/m2。若輻射能力僅指某波長

下波長間隔d

范圍內所射的能量，則稱單色輻射能力。用E

表示。單位為W/m2

m。第二章熱

量

傳

輸第二章熱

量

傳

輸2.4.2熱輻射的基本定律1.普朗克定律Eb

=

/

e(C2/

T)

C1——普朗克第一常數C2——普朗克第二常數第二章熱

量

傳

輸普朗克定律的特點：（1）黑體的輻射光譜是連續的；（2）

和

時，Eb

皆為零，所以有極值Emax存在；（3）T越高則Eb

越大且

max向短波方向移動。維恩偏移定律可表明它們的關系為：T

max=2897.6

mK第二章熱

量

傳

輸2.斯梯芬——波爾茲曼定律（四次方定律）

四次方定律不僅指出了黑體只要絕對溫度不為零就具有輻射能力，還表明了高溫和低溫輻射能力的顯著差異。第二章熱

量

傳

輸3.基爾霍夫定律（1）灰體及黑度實際物體的單色輻射能力隨波長及溫度的變化是不規則的，并不服從普朗克定律。A.實際物體的單色輻射能力與同溫度下黑體單色輻射能力之比稱為該物體的單色發射率或叫單色黑度以

表示。則

=E

/Eb

第二章熱

量

傳

輸第二章熱

量

傳

輸B.實際物體的輻射能力與同溫度下黑體輻射能力之比稱為該物體的發射率或叫黑度以

表示。則

=E/Eb

C.若某一物體，其單色黑度不隨波長而變化，則該物體被稱為灰體。即

=

f(

)第二章熱

量

傳

輸灰體是一個理想的概念，自然界中并不存在灰體。但很多工程材料在紅外波長范圍內可以近似地作為灰體處理。由此引起的誤差都用黑度來加以修正。

D.影響黑度的因素

物體的材料、表面狀況、輻射方向物體的溫度第二章熱

量

傳

輸（2）基爾霍夫定律定義一：任一物體的輻射能與其吸收率的比值皆等于同溫度下黑體的輻射能力。

E/a=Eba=E/Eb第二章熱

量

傳

輸定義二：平衡條件下物體的吸收率在數值上等于其黑度。注意：兩者的概念并不相同。

對于黑體a=

=1；一般物體，a<1，所以

<1。對于灰體，黑度和吸收率都是常數；工程材料黑度不是常數但用它代替吸收率并視為常數將使計算大大簡化。第二章熱

量

傳

輸4.輻射能在空間分布的規律

（1）距離平方定律

點熱源：若輻射源的面積比起距離來小得可以忽略不計時，則稱為點熱源。點熱源的照射力與兩者距離的平方成反比，這個定律就是距離平方定律。

E=Q/4

r2

若輻射源

的尺寸比起傳播距離來不可忽略時，則上述定律不能適用。第二章熱

量

傳

輸（2）蘭貝特定律——余弦定律定義：黑體圓面積dA1向圓面積dA2方向所輻射的能量等于沿dA1法線方向發射的輻射能dQn，dA2所對應的立體角d

以及表面dA1和dA2相對位置的余弦cos

1三者的乘積。定義式：第二章