辐射的基本定律

辐射的基本定律

2016-11-08 作者: xuzhiping 浏览: 6850 次

摘要: 物体的辐射都遵循下述的基本定律: (一)斯蒂芬-波耳兹曼定律 物体的辐射能力和物体的温度及放射的波长有关,而与物体的其他性质无关。因此,通过研究黑体辐射可以了解一般物体的辐射。如下图为根据实验数据绘制的绝对温度为300K、 250K、200K时,黑体辐射能力随...

物体的辐射都遵循下述的基本定律:

(一)斯蒂芬-波耳兹曼定律

物体的辐射能力和物体的温度及放射的波长有关,而与物体的其他性质无关。因此,通过研究黑体辐射可以了解一般物体的辐射。如下图为根据实验数据绘制的绝对温度为300K、 250K、200K时,黑体辐射能力随波长的变化曲线。由图看出,随温度的升高,黑体对各波长的辐射能力都相应增大,因而其放射的总辐射量(用曲线与横坐标之间所围的面积表示)也显著增大。

据斯蒂芬-波耳兹曼定律的研究,黑体的辐射能量(E)与其表面绝对温度(T)的四次方成正 比。即:

\(E = σ \times T4\)

式中:σ 为斯蒂芬-波耳兹曼常数,σ =5.67 * 10-8W•m-2•K-4

(二)维恩位移定律

每一个温度的辐射曲线都有一个极大值,并且随温度升高其极值点所对应的波长逐渐变短。1893年,维恩从理论上推导出,黑体辐射能力最大值所对应的波长(λ )与其表面绝对温度T成反比,即:

\(λ _{max}= \frac {C}{T}\)

式中:C为常数,C=2898μm • K。上式表明,黑体的温度愈高,辐射能量最大值的波长愈短,即黑体辐射最大辐射能力的波长随温度升高逐渐向短波方向移动。

(三)基尔霍夫定律

1859年,基尔霍夫通过实验得出如下定律:当热量平衡时(温度不变),物体对于某一波长的辐射能力与物体对该波长吸收率之比为一恒量。其比值为绝对黑体在同一温度下对同一波长的辐射能力,即

\( \frac {e}{a} =E_{λT}\)

该定律指出,辐射能力强的物体,吸收能力也强;反之,辐射能力弱的物体,吸收能力也弱。 绝对黑体的吸收能力与温度无关,在任何温度下都完全吸收射人的任何波长的能量,所以,绝对黑体的辐射能力大于任何其他物体在同一温度下的辐射能力。

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