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第八章热辐射基本定律及辐射特性




主要内容:
热辐射现象的基本概念
热辐射的定义和特点
1、基本概念
辐射:物体通过电磁波来传递能量的方式。
热辐射:由于热的原因而产生的电磁波辐射称为热辐射。
辐射传热:物体之间相互辐射和吸收的总效果。
2、特点
①不需要物体直接接触。热辐射不需中间介质,可以在真空中传递,而且在真空中辐射能的传递最有效。
②在辐射换热过程中,不仅有能量的转换,而且伴随有能量形式的转化。
辐射:辐射体内热能→辐射能;
吸收:辐射能→受射体内热能
③只要温度大于零就有能量辐射。不仅高温物体向低温物体辐射热能,而且低温物体向高温物体辐射热能。
④物体的辐射能力与其温度性质有关,与绝对温度的四次方成正比。
从电磁波的角度描述热辐射的特性
电磁波的传播速度:
C = fλ
式中:f —频率,s-1;
λ—波长,μm
1、传播速率与波长、频率间的关系
2、电磁波的波谱
热辐射:λ=~100μm ,包括可见光线、部分紫外线和红外线
图8-1 电磁辐射波谱
红外辐射的应用
以波长25μm为界,分为近红外线和远红外线
远红外线加热技术的应用
微波: λ=1mm~1m
λ>1m的电磁波广泛应用于无线电技术中。
当热辐射投射到物件上时,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。
3. 物体表面对电磁波的作用
物体对热辐射的吸收反射和穿透
(1)吸收比、反射比和穿透比之间的一般关系
吸收比反射比穿透比
对于大多数的固体和液体:
对于不含颗粒的气体:
固体和液体对投入辐射的吸收和反射特性,具有在物体表面上进行的特点,而不涉及物体内部。
气体的辐射和吸收在整个气体容积中进行,表面状况无关紧要。
(2)固体表面的两种反射
镜面反射:入射角=反射角,表面粗糙度<波长
漫反射: 表面粗糙度>波长
一般工程材料均形成漫反射。
图7-4 漫反射
图7-3 镜反射
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,,,而常温下空气对热射线呈现透明的性质。
黑体模型及其重要性