什么是熱輻射 – 輻射熱 – 定義

熱輻射 – 輻射熱

熱輻射是電磁波譜紅外區域的電磁輻射，盡管其中一些在可見光區域。術語熱輻射通常用于將這種形式的電磁輻射與其他形式的電磁輻射區分開來，例如無線電波，X射線或伽馬射線。它是由物質中帶電粒子的熱運動產生的，因此任何溫度高于絕對零度的材料都會釋放出一些輻射能。熱輻射不需要任何介質進行能量轉移。事實上，輻射的能量轉移是最快的（以光速），并且在真空中不會受到衰減。

與在溫度降低方向上發生的傳導或對流傳熱相反，熱輻射傳熱可能發生在兩個物體之間，由比兩個物體都冷的介質隔開。例如，太陽輻射在高海拔穿過寒冷的大氣層后到達地球表面。

斯特凡-玻爾茲曼定律

輻射傳熱速率，q [W/m2]，從物體（例如黑體）到周圍環境與絕對溫度的四次方成正比，可以用以下等式表示：

q =  εσT4

其中σ是一個基本物理常數，稱為斯特凡-玻爾茲曼常數，等于 5.6697×10-8寬/米2K4.斯特凡-玻爾茲曼常數以約瑟夫·斯特凡（他于1879年通過實驗發現 斯特凡-玻爾茲曼定律）和路德維希·玻爾茲曼（不久之后在理論上推導了它）的名字命名?？梢钥闯?，輻射傳熱在非常高的溫度和真空中很重要。

發射

 

吸收率

 

 

 

 

 

Q = εσA1-2（T41−T42） [J/s]

q = εσ（T41−T42） [J/m2s]

面積因子 A1-2，是主體 1 的主體 2 所查看的面積，并且可能變得相當難以計算。

黑體輻射

眾所周知，在給定波長下從表面發射的輻射能量取決于身體的材料及其表面的狀況以及表面溫度。因此，各種材料即使在相同溫度下也會發出不同量的輻射能量。發出與其絕對溫度相稱的最大熱量的物體稱為黑體。

黑體是一種理想化的物理體，具有特定的屬性。根據定義，處于熱平衡狀態的黑體的發射率為ε = 1.0。真實的物體不會像完美的黑體那樣輻射那么多的熱量。它們比黑體輻射的熱量少，因此被稱為灰色體。

黑體表面在室溫（25°C，298.15 K）下以每平方米約448瓦的速率發射熱輻射。發射率小于1.0的真實物體（例如銅線）以相應的較低速率（例如448 x 0.03 = 13.4 W / m）發射輻射2).發射率在傳熱問題中起著重要作用。例如，太陽能集熱器包含具有非常低發射率的選擇性表面。這些集熱器通過發射熱輻射來浪費很少的太陽能。

由于吸收率和發射率通過基爾霍夫熱輻射定律相互連接，因此黑體也是電磁輻射的完美吸收器。

基爾霍夫熱輻射定律：

對于在熱力學平衡下發射和吸收熱輻射的任意物體，發射率等于吸收率。

發射率 ε = 吸收率 α

黑體吸收所有入射電磁輻射，無論入射頻率或入射角度如何。因此，它的吸收率等于單位，這也是最高的可能值。也就是說，黑體是一個完美的吸收器（也是一個完美的發射器）。

請注意，可見光輻射占據了從400到760nm的光譜的非常窄的波段，我們無法根據視覺觀察對表面的黑色做出任何判斷。例如，考慮反射可見光并因此顯示為白色的白紙。另一方面，紅外輻射基本上是黑色的（吸收率α = 0.94），因為它們強烈吸收長波長輻射。

參見：紫外線災難

光譜 – 熱輻射

斯特凡-玻爾茲曼定律確定總黑體發射功率Eb，這是在所有波長上發射的輻射的總和。普朗克定律描述了黑體輻射的光譜，它僅取決于物體的溫度，并與光譜黑體發射功率E有關。bλ.這個定律是以德國理論物理學家馬克斯·普朗克（Max Planck）的名字命名的，他在1900年提出了這個定律。普朗克定律是現代物理學和量子理論的開創性成果。普朗克關于能量在離散的“量子”（或能量包）中輻射和吸收的假設與觀察到的黑體輻射模式完全吻合，并解決了紫外線災難。

利用這一假設，普朗克證明，在絕對溫度T下，頻率ν的物體的光譜輻射度由下給出：

哪里

• Bν（v，T）是光譜輻射（每單位立體角和每單位面積的功率垂直于傳播）頻率密度 ν 輻射每單位頻率在溫度T下的熱平衡
• h 是普朗克常數
• c是真空中的光速
• kB是玻爾茲曼常數
• ν 是電磁輻射的頻率
• T是身體的絕對溫度

普朗克定律具有以下重要特征：

• 發射的輻射隨波長連續變化。
• 在任何波長下，發射的輻射的大小都隨著溫度的升高而增加。
• 輻射集中的光譜區域取決于溫度，隨著溫度的升高，在較短的波長下出現的輻射相對更多（維也納位移定律）。