1. 什么是黑體,?
黑體是一個輻射吸收體,。無論入射輻射的波長如何,黑體表面都不會反射熱輻射,。黑體還會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,,如炭黑,接近黑體的特性,。大多數(shù)表面,,即使是許多看起來是黑色的表面,,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)射的能量隨波長變化,。當黑體溫度升高時,,在較短波長處發(fā)射的能量增多。大約在600°C以上,,表面會在可見光波段(0.38-0.76 µm)內發(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出了能量發(fā)射與波長之間的關系,。黑體表面的單色[輻射功率](Eb,l)在溫度T(開爾文溫度)下的表達式為:
黑體的[光譜輻射]在圖1中對于兩種溫度進行了繪制,。對于溫度在500°C到1500°C之間的物體,超過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,。與峰值輻射通量對應的波長與溫度T(開爾文溫度)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范圍內進行積分,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. 一個例子
爐壁的外表面溫度為120°C,。假設其近似為黑體,計算其熱損失速率,。首先要注意將溫度轉換為開爾文溫度(T(K) = T(°C) + 273.0),。
使用斯特凡-玻爾茲曼方程計算輻射功率:
Eb = 5.6687×10-8 x (120+273)4 = 1352W/m2
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