1. 什么是黑體,?
黑體是一個(gè)輻射吸收體。無(wú)論入射輻射的波長(zhǎng)如何,,黑體表面都不會(huì)反射熱輻射,。黑體還會(huì)在任何給定溫度下發(fā)出最大可能的能量。
只有少數(shù)物質(zhì),,如炭黑,,接近黑體的特性。大多數(shù)表面,,即使是許多看起來(lái)是黑色的表面,,也不是熱輻射的完好吸收體或發(fā)射體。
2. 黑體發(fā)射的輻射量有多少,?
黑體表面發(fā)射的能量隨波長(zhǎng)變化,。當(dāng)黑體溫度升高時(shí),在較短波長(zhǎng)處發(fā)射的能量增多,。大約在600°C以上,,表面會(huì)在可見(jiàn)光波段(0.38-0.76 µm)內(nèi)發(fā)射足夠的能量,使其表面呈現(xiàn)紅色,。普朗克于1900年從量子原子理論中推導(dǎo)出了能量發(fā)射與波長(zhǎng)之間的關(guān)系,。黑體表面的單色[輻射功率](Eb,l)在溫度T(開(kāi)爾文溫度)下的表達(dá)式為:
黑體的[光譜輻射]在圖1中對(duì)于兩種溫度進(jìn)行了繪制。對(duì)于溫度在500°C到1500°C之間的物體,超過(guò)98%的輻射能量落在工業(yè)上有用的近紅外波段(0.76-25 µm)內(nèi),。與峰值輻射通量對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)與溫度T(開(kāi)爾文溫度)成反比,,且由維恩位移定律給出:
3. 斯特凡-玻爾茲曼方程
將普朗克方程在所有波長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行積分,得到了著名的斯特凡-玻爾茲曼方程,,用于描述黑體表面[總輻射]交換的能量:
4. 一個(gè)例子
爐壁的外表面溫度為120°C,。假設(shè)其近似為黑體,計(jì)算其熱損失速率,。首先要注意將溫度轉(zhuǎn)換為開(kāi)爾文溫度(T(K) = T(°C) + 273.0),。
使用斯特凡-玻爾茲曼方程計(jì)算輻射功率:
Eb = 5.6687×10-8 x (120+273)4 = 1352W/m2
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