任何物体都具有不竭辐射、吸收、发射电磁波的本事。辐射进来的电磁波在各个波段是差别的,也就是具有必然的谱散布。那种谱散布与物体自己的特征及其温度有关,因而被称之为热辐射。为了研究不依靠于物量详细物性的热辐射规则,物理学家们定义了一种抱负物体——黑体(black body),以此做为热辐射研究的尺度物体。
所谓黑体是指入射的电磁波全数被吸收,既没有反射,也没有透射( 当然黑体仍然要向外辐射)。黑洞也许就是抱负的黑体.
基尔霍夫辐射定律(Kirchhoff),在热平稳形态的物体所辐射的能量与吸收的能量之比与物体自己物性无关,只与波长和温度有关。
根据基尔霍夫辐射定律,在必然温度下,黑体一定是辐射本事更大的物体,可叫做完全辐射体。
普朗克辐射定律(Planck)则给出了黑体辐射的详细谱散布,在必然温度下,单元面积的黑体在单元时间、单元立体角内和单元波长间隔内辐射出的能量为
B(λ,T)=2hc2 /λ5 ·1/exp(hc/λRT)-1
B(λ,T)—黑体的光谱辐射亮度(W,m-2 ,Sr-1 ,μm-1 )
黑体光谱辐射出射度M(λ,T)与波长、热力学温度之间关系的公式:
M=c1/[λ^5(exp(c2/λT)-1)],此中c1=2πhc^2,c2=hc/k。
黑体能量密度公式:
E*dν=c1*v^3*dv/[exp(c2*v/T)-1)]
E*dv暗示在频次范畴(v,v dv)中的黑体辐射能量密度。
λ—辐射波长(μm)
T—黑体绝对温度(K、T=t 273k)
C—光速(2。
998×108 m·s-1 )
h—普朗克常数, 6。626×10-34 J·S
K—波尔兹曼常数(Bolfzmann), 1。380×10-23 J·K-1 根本物理常数
由图2。
2能够看出:
①在必然温度下,黑体的谱辐射亮度存在一个极值,那个极值的位置与温度有关, 那就是维恩位移定律(Wien)
λm T=2。898×103 (μm·K)
λm —更大黑体谱辐射亮度处的波长(μm)
T—黑体的绝对温度(K)
按照维恩定律,我们能够预算,当T~6000K时,λm ~0。
48μm(绿色)。那就是太阳辐射中大致的更大谱辐射亮度处。
当T~300K, λm~9。6μm,那就是地球物体辐射中大致更大谱辐射亮度处。
②在任一波利益,高温黑体的谱辐射亮度绝对大于低温黑体的谱辐射亮度,不管那个波长能否是光谱更大辐射亮度处。
若是把B(λ,T)对所有的波长积分,同时也对各个辐射标的目的积分,那么可得到斯特番—波耳兹曼定律(Stefan-Boltzmann),绝对温度为T的黑体单元面积在单元时间内向空间各标的目的辐射出的总能量为B(T)
B(T)=δT4 (W·m-2 )
δ为Stefan-Boltzmann常数, 等于5。
67×10-8 W·m-2 ·K-4
但现实世界不存在那种抱负的黑体,那么用什么来描绘那种不同呢?对任一波长, 定义发射率为该波长的一个细小波长间隔内, 实在物体的辐射能量与同温下的黑体的辐射能量之比。
显然发射率为介于0与1之间的正数,一般发射率依靠于物量特征、 情况因素及不雅测前提。若是发射率与波长无关,那么可把物体叫做灰体(grey body), 不然叫选择性辐射体。