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1、第2章热辐射定律及辐射源1本讲稿第一页，共二十四页2.1 黑体辐射的基本定律(1)基尔霍夫定律基尔霍夫定律 当辐射能入射到物体表面时，一部分能量被物体吸收，一部分能量从物体表面反射，一部分透射。1859年基尔霍夫指出：物体的辐射出射度M和吸收本领a的比值M/a与物体的性质无关，都等于同一温度下绝对黑体(a=1)的辐射出射度M0基尔霍夫定律基尔霍夫定律不但对所有波长的全辐射，而且对波长为的任何单色辐射都是正确的，即本讲稿第二页，共二十四页2.1黑体辐射的基本定律 基尔霍夫定律是一切物体热辐射的普遍定律:吸收本领大的物体，其发射本领也大,如果物体不能发射某波长的辐射，则也不能吸收该波长的辐射。绝对
2、黑体对于任何波长在单位时间，单位面积上发出或吸收的辐射能都比同温度下的其它物体要多。引入辐射发射率或比辐射率 0 1 是、T和表面性质的函数 黑体，=1；灰体，=1，与波长无关 选择体，T)的黑体光谱辐射出射度成比例。本讲稿第十六页，共二十四页2.3.2 色温和相关色温 色温是颜色温度的简称。当发射体和某温度的黑体有相同的颜色时,黑体温度称为发射体的色温。即色温是人眼主观色度感觉上把光源作为一定温度的黑体来描述。色温的概念不仅限于人眼色觉上的一致,可扩展到任意波长。根据色度学,色具有同色异谱的性质,即相同的颜色可由具有不同的光谱能量分布特性的光构成。因此,色温不能象分布温度那样近似说明光源的光
3、谱能量分布特性,但对于具有不连续光谱的发射体或具有连续光谱但其光谱能量分布特性与黑体相差甚大的发射体,可用色温来描述。任意光源的色只能说与某一温度黑体的色相近，不可能完全相同。相关色温就是发射体和某温度的黑体有最相近的色时黑体的温度。本讲稿第十七页，共二十四页2.3.2 色温和相关色温国际照明委员会1960-UCS均匀色度图 由不同黑体温度对应的色坐标点所连成的曲线普朗克轨迹。只要发射体的色坐标落在普朗克轨迹上，则这一点对应的黑体温度就是发射体的色温。与普朗克轨迹正交的一组直线族称为等相关色温线。线上标出的数值是麦尔德(Mired)值，简写成MRD(Micro Reciprocal Degre
4、es)。本讲稿第十八页，共二十四页2.3.2 色温和相关色温所谓“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”也是不完全准确，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。当光源的光谱分布和黑体相近时,光源的色温就与其分布温度一致。在可见光谱范围内,大多数金属/非金属的发射率随波长增加而下降/
5、增长，其色温比真实温度稍高/低。本讲稿第十九页，共二十四页2.3.3 辐亮度温度n实际发射体在某一波长(窄谱段范围内)的光谱辐亮度和黑体在某一温度同一波长下的光谱辐亮度相等时，黑体温度称为发射体的辐亮度温度。如果波长在可见光谱范围内用人眼(或具有人眼光谱光视效率响应的探测器)来判断其间亮度相等时，则称为亮度温度(简称亮温)。n在波长处，温度为Tb的黑体辐亮度L0(,Tb)与温度为T的辐射物体辐亮度L(,T)相等，则Tb就是辐射物体的辐亮度温度。本讲稿第二十页，共二十四页2.3.3 辐亮度温度若c2/T1，用维恩近似公式，有 若己知辐射体在选定波长的发射率，则由测得的辐亮度温度Tb可求出辐射体的
6、真实温度T 辐射测温基本公式 由于待测辐射体的温度是客观的，若取不同的测量波长值,则辐亮度温度值可能随着改变。因此,工业光学高温计常用中心波长为0.65m的一个窄谱段来测温。本讲稿第二十一页，共二十四页2.3.3 辐亮度温度(1)测温灵敏度测温灵敏度物理意义：c2/T表示辐射体单位相对温度变化引起相对辐亮度变化的比例，表征了辐射测温的灵敏度。(2)真实温度与辐亮度温度真实温度与辐亮度温度 由于辐射体的发射率总小于1，故T Tb，即辐射体的实际温度高于辐亮度温度。对具有确定工作波长的测温仪，可通过预先标定的温度修正表，对测得的辐亮度温度和辐射体的发射率进行查表，得到实际温度的修正值。本讲稿第二十二页，共二十四页2.3.3 辐亮度温度(3)环境辐射的影响环境辐射的影响 在测量中，由于(,T)Tb。(T)越接近1，T和Tb在数值上越接近。本讲稿第二十四页，共二十四页