第3章热辐射的基本规律3-1名词释（1）热辐射：物体在一定温度下发出电磁辐射的现象，是自然界中普遍存在的现象，它不依赖任何外界条件而进行。一切物体，只要其温度高于热力学零度，就会产生不同程度的辐射，如太阳对大地的照射、高炉内发出的炙热火焰等都是最常见的热辐射现象。（2）辐射效率：辐射源发射的辐射通量（功率）与消耗功率之比。（3）辐射对比度：指目标和背景辐射出射度之差与背景辐射出射度之比。（4）黑体：黑体（或绝对黑体），是指在任何温度下都能够全部吸收任何波长入射辐射的物体；按此定义，黑体的反射率和透射率均为0，吸收率为1。（5）发射率：物体的发射率又称为比辐射率，是指该物体在指定温度时的辐射量与同温度黑体的辐射量的比值。3-2填空题（1）物体的发光包括________、________、________、________等形式。（2）普朗克公式揭示了物体热辐射的基本规律，波长范围包括________、________、________和________。（3）黑体的全辐射出射度与________________________成正比，黑体的光子全辐射出射度与________________________成正比。（4）热辐射体通常可分为________、________、________三大类。（5）在腔壁上开一个腔孔，腔孔的辐射出射度等于腔壁的总辐射照度，这说明________。（6）金属的发射率较低，但其随着________的升高而增高，当金属表面形成________层时，发射率成10倍地增高。（7）好的吸收体必然是好的________体。（8）黑体的光谱辐射出射度与________________________成正比，黑体的光谱光子辐射出射度与________________________成正比。（9）用于黑体辐射简化计算的两个函数分别是和函数。（10）在红外线区，大多数材料的光谱发射率随波长的________而降低。（11）普朗克公式在极限条件下，当时，其变为________公式，当时，其变为________________________公式。（12）对于朗伯辐射体，________率、________率和________率三种发射率彼此相等。3-3根据普朗克公式，黑体辐射具有哪些规律？答：根据普朗克公式，黑体辐射的规律包括：1）黑体的光谱辐射出射度随波长连续变化，且每条曲线只有一个极大值，极大值的连线近似一条直线。2）光谱辐射出射度曲线随黑体温度的升髙而整体提髙。3）每条光谱辐射出射度曲线彼此不相交，故温度越高，在所有波长上的光谱辐射出射度也越大。4）随着温度的升高，黑体的辐射中包含的短波成分所占比例在增大。5）黑体的辐射只与黑体的绝对温度有关。3-4什么是物体的发射率？它具有哪些变化规律？答：物体的发射率（也称为比辐射率）是指该物体在指定温度时的辐射量与同温度黑体相应辐射量的比值。该值越大，表明该物体的辐射与黑体辐射越接近。其规律包括：1）不同类物体的发射率不同。2）金属的发射率较低，但它随温度的升高而增高，且当表面形成氧化层时，可以成10倍或更大倍数地增高。3）非金属的发射率较高，一般大于，且随温度的增加而降低。4）金属及其它非透明材料的辐射，一般发生在表面几微米内，因此发射率是表面状态的函数，而与尺寸无关。5）介质的光谱发射率随波长的变化而变化。在红外区域，大多数介质的光谱发射率随波长的增加而降低。（见3.8.2小节）3-5简述黑体辐射的几条定律，并讨论其物理意义。答：黑体辐射定律包括：1）基尔霍夫定律：在热平衡条件下，物体的辐射出射度与其吸收率的比值等于空腔中的辐射照度，这与物体的性质无关。物体的吸收率越大，则它的辐射出射度也越大，即好的吸收体必然是好的发射体。2）普朗克辐射定律：该定律揭示了黑体辐射光谱的分布，波长范围包括紫外光、可见光、红外光和毫米波。3）维恩位移定律：黑体光谱辐射出射度峰值对应的峰值波长与黑体的绝对温度成反比。3-6：由斯蒂芬-波尔兹曼公式有（辐射出射度）和维恩公式得已知，，得3-7：由斯蒂芬-波尔兹曼公式得辐射出射度增加了=则功率增加了3-8：=25+273=298K全辐射出射度为由吸收率为0.4可得发射率为0.6则：3-9：1)由斯蒂芬-波尔兹曼公式得辐射出射度2)3)由维恩公式，，得3-10：已知，由斯蒂芬-波尔兹曼公式得辐射出射度为，则，一分钟消耗的能量为，每分钟消耗的液氮。3-11证明：由，得：令则得：因此同样可得：得3-12证明：普朗克黑体辐射公式给出黑体辐射的能量分布对所有波长求积分得总辐射度，查积分表得，则。又由于波长为的光子能量为，则光子数。3-13证明：由可得化简得：，得，其中，，则。值得注意的是，这里的是在极大值所对应的频率下对应得到的，而维恩位移定律中得到的值是黑体光谱辐射出射度峰值对应的峰值波长，所以在相同温度下，二者不同。