4.5 熱輻射(Radiation)
4.5.1 基本概念
1. 輻射：物體通過電磁波來傳遞能量的過程。
2. 熱輻射：物體由于熱的原因以電磁波的形式向
外發射能量的過程。
特點：
能量傳遞的同時還伴隨著能量形式的轉換；
不需要任何介質。
輻射線波長：0.4～20μm 之間
（可見光0.4~0.8μm）
工業上有實際意義的熱輻射區域一般為0.1~100μm。
3. 熱輻射對物體的作用
當熱輻射投射到物體表面上時，一般會發生三種
現象，即吸收、反射和穿透，
能量守恒定律：Q = QA +QR +QD
式中A——吸收率；R——反射率；D——穿透率。
A,R,D = f(物體性質、溫度、表面、輻射波長）
固體、液體： D=0 R+A=1
氣體： R=0 A+D=1
黑體： A = 1 無光澤漆面0.96~0.98
白體（鏡體）： R =1 磨光銅板R＝0.97
透熱體： D = 1 單原子，對稱雙原子
灰體：指能以相同的吸收率吸收所有波長的輻射能的物體。
4.5.2 物體的輻射能力
1.黑體概念
黑體：是指能吸收投入到其面上的所有熱輻射能的物體，是一種科學假想的物體，現實生活中是不存在的。但卻可以人工制造出近似的人工黑體。
2.熱輻射能量的表示方法
輻射力E：
單位時間內，物體的單位表面積向半球空間發射的所有波長（波長從0到∞），的能量總和。(W/m2)；
光譜輻射力Eλ：
單位時間內，單位波長范圍內(包含某一給定波長)，物體的單位表面積向半球空間發射的能量。(W/m3)；
3、輻射基本定律
式中σ0─黑體輻射常數，=5.67× 10-8W/(m2 .K4)；
C0─黑體輻射系數，=5.67W/(m2 .K4)
斯蒂芬-波爾茨曼定律
四次方定律表明，熱輻射對溫度特別敏感。
4、實際物體輻射特性
發射率
前面定義了黑體的發射特性：同溫度下，黑體發射熱輻射的能力最強，包括所有方向和所有波長；
真實物體表面的發射能力低于同溫度下的黑體；
因此，定義了發射率(也稱為黑度) ε ：相同溫度下，實際物體的半球總輻射力與黑體半球總輻射力之比:
物體的黑度ε：物體的種類、表面溫度、表面狀況、波長。
是物體輻射能力接近黑體輻射能力的程度。
5、灰體
6、克希霍夫定律
上一節簡單介紹了實際物體的發射情況，那么當外界的輻射投入到物體表面上時，該物體對投入輻射吸收的情況又是如何呢？
介紹幾個概念：
(1).投入輻射：單位時間內投射到單位表面積上的總輻射能
(2).選擇性吸收：投入輻射本身具有光譜特性，因此，實際物體對投入輻射的吸收能力也根據其波長的不同而變化，這叫選擇性吸收
(3).吸收比：物體對投入輻射所吸收的百分數，通常用α表示，即α =吸收的能量/投入的能量(投入輻射)
(4) 光譜吸收比：物體對某一特定波長的輻射能所吸收的百分數，也叫單色吸收比。光譜吸收比隨波長的變化體現了實際物體的選擇性吸收的特性。
灰體：光譜吸收比與波長無關的物體稱為灰體。此時，不管投入輻射的分布如何，吸收比α都是同一個常數。
物體的吸收比除與自身表面性質的溫度有關外，還與投入輻射按波長的能量分布有關。
物體的選擇性吸收特性，即對有些波長的投入輻射吸收多，而對另一些波長的輻射吸收少發射輻射與吸收輻射二者之間具有什么樣的聯系?
結論：
（1）任何物體的發射能力與吸收率的比值均相同，且等于同溫度下絕對黑體的發射能力。物體的發射能力越強，其吸收率越大。
（2）A=ε
即同溫度下，物體的吸收率與黑度/發射率在數值上相等。
（３）Ａ＜１，Ｅ＜Ｅ０，即在任何溫度下，各種物體中以絕對黑體的發射能力為最大。
三、影響輻射傳熱的因素
1. 溫度的影響
Ｑ∝ ΔT4 ， 低溫時可忽略，高溫時可能成為主要方式
2. 幾何位置的影響
3. 表面黑度的影響
Ｑ∝ ε，可通過改變黑度的大小強化或減小輻射傳熱。
4. 輻射表面間介質的影響
減小輻射散熱，在兩換熱面加遮熱板（黑度較小的熱屏）。
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