第二章 热辐射定律及标准光源

《辐射度、光度与色度及其测量》计算题参考答案 （涂蓝色）第一章 辐射度量、光辐射度量基础 (选择5题)1. 通常光辐射的波长范围可分为哪几个波段？教材3页2. 简述发光强度、亮度、光出射度、照度等定义及其单位。

3. 试述辐射度量与光度量的联系和区别。

教材3页4. 人眼视觉的分为哪三种响应？明暗和色彩适应各指什么？教材13、14页5. 何为人眼的绝对视觉阈、阈值对比度和光谱灵敏度？教材14、15页6. 试述人眼的分辨力的定义及其特点。

教材16页7. 简述人眼对间断光的响应特性，举例利用此特性的应用。

教材18页8. 人眼及人眼－脑的调制传递函数具有什么特点？9. 描述彩色的明度、色调和饱和度是怎样定义的，如何用空间纺锤体进行表示？教材22页，(112页，颜色三属性) 10. 什么是颜色的恒常性、色对比、明度加法定理和色觉缺陷。

11. 简述扬-赫姆霍尔兹的三色学说和赫林的对立颜色学说。

教材26、27页 12. 朗伯辐射体是怎样定义的？其有哪些主要特性？教材28页13. 太阳的亮度L ＝1.9⨯109 cd/m 2，光视效能K ＝100，试求太阳表面的温度。

教材36、37页解：太阳是黑体，可由斯蒂芬-波尔兹曼定律40T M σ=求太阳表面的温度0M 与0L 的关系为：00L M π=题目中给出的亮度L 的单位是cd/m 2，这属于光度量。

根据光视效能的定义0L L K v e v =ΦΦ= 所以，34894404105.695710010669.5109.114.3⨯=⨯⨯⨯⨯=⋅===-K L L M T v σπσπσ(K) 14. 已知太阳常数(大气层外的辐射照度)E=1.95 cal/min/cm 2，求太阳的表面温度(已知太阳半径R s =6.955⨯105km ，日地平均距离l =1.495⨯108 km)。

解：太阳是黑体，可由斯蒂芬-波尔兹曼定律4T M σ=求太阳表面的温度。

题目给出的是太阳在大气层外的辐射照度E ，需要从E 求辐射出射度M 。

在法线方向θ=0°
En In
热辐射基本定律
二、普朗克定律
黑体单色发射力Eb与波长λ和温度T的函数关系
Eb
c1
5
exp
c2
T
1
式中：C1 3.743108W m / m2 C2 1.439104 m K
热辐射基本定律
普朗克定律揭示图
➢ Eb 随 波 长 连 续 变 化 ； 0或时Eb0；
热辐射基本定律
例题讲解
3. 为提高太阳灶的效率，在吸收能的表面上涂一层涂料，
四种涂料的单色吸收特性如下图，选择（）好
A、
B、
C、
D、
热辐射基本定律
例题讲解
5. 有一台放置室外的冷库，从减小冷库冷冷损失的角度， 冷损失最小的冷库颜色（）
A、绿色 B、 蓝色 C、 灰色 D、白色
热辐射基本定律
E IcosdI 热2辐射基本定律
五、基尔霍夫定律
1、实际物体
➢实际物体的辐射发射率 ：实际物体的辐射力与同 温度下的黑体辐射力之比，也称黑度。
E Eb
➢单色发射率（单色黑度）：实际物体的单色辐射 力与同温度下黑体的单色辐射力之比
E E b
热辐射基本定律
发射率与吸收率的比较
➢ 实际物体表面的发射率取决于物体的种类、表面 温度和表面状况。即物体表面的发射率仅与物体 本身性质有关，而与外界环境无关。物体发射率 是一个物性参数。
热辐射基本定律
➢ 实际物体的吸收率既取决于自身的表面性质和温 度，又取决于投射辐射物体的表面性质和温度。 因此，实际物体的吸收率不是一个物性参数。
热辐射基本定律
发射率与吸收率的比较
对同种材料而言，一般有 粗糙面> 磨光面 氧化表面>非氧化表面

辐射体的温度 P39
温度和波长是描述黑体热辐射能量的重要参
数，黑体的=1
对于非黑体的辐射体，其发射的热辐射能量 或辐射特性也可以用温度和波长来描述
非黑体分为灰体和选择体，二者发射的辐射
能都比黑体的小，即辐射发射率<1，而且： - 灰体的 =小于1的常数，与波长无关 - 选择体的随波长变化
辐射发射率
折反镜
红外平行光管
差分黑体源与红外平行光管
折反镜
黑体源
双黑体源与红外平行光管
2.4.2 自然辐射源
在自然界中，太阳、月球、地面、行星、恒 星、云层和大气都是热辐射的自然辐射源。
太阳、地球、行星是宇宙空间的点源，可用 于宇宙飞船的定向。
太阳和地球的热辐射可用来确定人造地球卫 星表面的受热温度。
• 在黑体源的实际应用中，往往需要通过红外平行光管将 黑体目标(即靶标形状的黑体辐射)投射到无穷远。
• 红外平行光管一般采用离轴抛物面反射镜。
• 由于靶标与环境温度一致，所以环境温度的波动将影响
到测试结果，只适用于实验室等环境温度波动不大的环
境。
黑体源及靶 标轮
黑体源及 靶标轮
离轴 抛物面
离轴 抛物面
➢ 所谓“和黑体有相近色”并不严格，相近可表示很接 近，也可以是相差甚远但却能找到一个与某温度黑体 的色最近似的相关色温值，因此上图中直线族的长度 是有限度的，约与±15麦克亚当(MacAdam)阈值单位 (表示人眼恰能分辨色差异阈值的单位)相当；
➢ “色差异多大就不能用相关色温表示”也不完全准确， 等相关色温线提供了衡量待测色和黑体色之间近似差 异程度的可能，任意发射体的色坐标离普朗克轨迹越 远，用黑体色来描述发射体色的可能性就越小。

工业辐射加热与冷却
工业辐射加热
利用辐射方式将热量传递给物料 ，实现高效、均匀的加热效果。
工业辐射冷却
利用辐射方式将热量传递给冷却 介质，实现高效、快速的冷却效
果。
工业辐射干燥
利用辐射方式将热量传递给物料 ，实现快速、均匀的干燥效果。
05
热辐射研究展望
新型热辐射材料研究
总结词
随着科技的发展，新型热辐射材料的研究成为传热学领域的重要方向。
详细描述
通过研究热辐射与大气、水体和地表 的相互作用，可以深入了解地球系统 的能量平衡和蔼候变化机制。同时， 这种研究也为可再生能源的利用和环 境保护提供了理论支持。
热辐射在新能源领域的应用研究
总结词
热辐射在新能源领域的应用研究具有广阔的前景。
详细描述
利用热辐射进行光热转换，可以实现太阳能的利用和转化。此外，热辐射在高温核聚变、磁流体发电和地热能利 用等领域也有着重要的应用价值。通过深入研究热辐射在这些新能源领域的应用，有望为解决能源危机和环境污 染问题提供新的解决方案。
意义。
吸取率
总结词
详细描述
吸取率是物体吸取热辐射能量的能力，它 决定了物体对热辐射的吸取程度。
吸取率表示物体在特定温度下吸取的热量 与入射到物体上的总热量之比。物体的吸 取率与其发射率和反射率有关。
总结词
详细描述
吸取率的值介于0和1之间，完全吸取的物 体吸取率为1，完全不吸取的物体吸取率为 0。
了解物体的吸取率对于设计热辐射系统、 控制热能传递和优化热能利用具有重要意 义。
普朗克辐射定律
总结词
普朗克辐射定律描述了黑体光谱辐射的能量散布。
详细描述
普朗克辐射定律指出，黑体的光谱辐射强度与波长、温度有关。在任意波长下 ，黑体的光谱辐射强度与温度成正比。该定律是量子力学的基础之一，适用于 所有温度下的黑体辐射。