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什么是黑體輻射,它是如何計算的?
來源: | 作者:上海明策 | 發(fā)布時間: 2025-02-08 | 310 次瀏覽 | 分享到:


 

1. 什么是黑體?

黑體是一個完美的輻射吸收體。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(zhì),如炭黑,接近黑體的特性。大多數(shù)表面,即使是許多看起來是黑色的表面,也不是熱輻射的完美吸收體或發(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(dāng)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(nèi)發(fā)射足夠的能量,使其表面呈現(xiàn)紅色。普朗克于1900年首次從量子原子理論中推導(dǎo)出了能量發(fā)射與波長之間的關(guān)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(nèi)。與峰值輻射通量對應(yīng)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(nèi)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(shè)其近似為黑體,計算其熱損失速率。首先要注意將溫度轉(zhuǎn)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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