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1. 黑體輻射
所有物體都在不斷地發(fā)射和吸收電磁輻射。發(fā)射的輻射被稱為黑體輻射統籌。
物體發(fā)射的輻射譜是連續(xù)的發揮重要作用。物體的溫度決定了譜線最大值的波長(zhǎng)以及單位時(shí)間內(nèi)的總能量輸出取得明顯成效。
2. 引言
所有物質(zhì)物體都會(huì)發(fā)射電磁輻射保持競爭優勢;發(fā)射的光子能量和通量的分布主要取決于物體的溫度。這一現(xiàn)象被稱為黑體輻射。由于輻射量及其譜線依賴于溫度深入開展,因此它有時(shí)被稱為熱輻射或熱能輻射。
所討論的物體可以是大的(如恒星和行星)表現、小的(如單個(gè)分子)異常狀況,可以是固體、液體或氣體的積極性。黑體輻射是一種常見的現(xiàn)象:當(dāng)物體(例如一塊金屬)溫度升高時(shí)更多可能性,它開始發(fā)出紅橙色的光,隨著溫度進(jìn)一步升高高效,它的光變得越來(lái)越白分析。當(dāng)溫度繼續(xù)升高時(shí),光的色調(diào)變成藍(lán)色質量。然而,在如此高的溫度下,光通常是如此強(qiáng)烈不久前,以至于人眼看起來(lái)會(huì)感到痛苦共享應用,甚至對(duì)眼睛有害(這也是為什么焊工在工作時(shí)戴上深色護(hù)目鏡的原因)。
即使當(dāng)物體較冷尤為突出,我們根本看不見它發(fā)光時(shí)情況較常見,物體仍然在不斷發(fā)射輻射,主要是在紅外區(qū)域標準。夜視設(shè)備可以探測(cè)到這些紅外輻射喜愛,并將其轉(zhuǎn)化為可見圖像。
黑體輻射不斷從物體中移除能量主要抓手,從而導(dǎo)致其冷卻保障。這就是地球表面在夜間冷卻的原因。那么,為什么物體不會(huì)繼續(xù)不斷冷卻機製,最終達(dá)到絕對(duì)零度各項要求?原因在于,當(dāng)物體因黑體輻射而失去能量時(shí)發力,它同時(shí)也被周圍所有物體發(fā)射的黑體輻射照射優勢與挑戰,并吸收一些輻射,從而替代了部分失去的能量越來越重要的位置。電磁輻射在物體之間不斷地“交換"問題分析。溫度較高的物體發(fā)射的輻射能量較強(qiáng),因此它們會(huì)冷卻得更快解決方案。因此不負眾望,在沒有外部熱源的情況下,所有處于封閉空間中的物體最終會(huì)達(dá)到相同的溫度交流研討,即達(dá)到熱平衡推動並實現。即使在熱平衡達(dá)到后,物體仍然相互交換輻射順滑地配合,但此時(shí)物體吸收和發(fā)射輻射的速率相同更加完善,因此沒有凈熱量交換發(fā)生。
太陽(yáng)上高質量、地球精準調控、地球的大氣層和云層的黑體輻射在地球氣候中發(fā)揮著重要作用。太陽(yáng)的大部分輻射是來(lái)自太陽(yáng)表面(或光球)的黑體輻射建設應用,其溫度約為5700 K優化程度。地球表面通過(guò)吸收這種光來(lái)獲得溫暖。與此同時(shí)發展機遇,地球表面也在發(fā)射自身的黑體輻射創新延展。到了夜晚,當(dāng)?shù)乇聿辉偈艿教?yáng)照射時(shí),它仍然在發(fā)射自己的黑體輻射不容忽視,從而導(dǎo)致地表冷卻。部分輻射被大氣層吸收記得牢。大氣層也發(fā)射黑體輻射,其中一部分被地球表面吸收覆蓋。夜間的溫度取決于地球和大氣層的吸收和發(fā)射速率的相對(duì)關(guān)系服務體系。如果大氣層更有效地吸收輻射,它會(huì)捕獲更多的地球輻射重要的作用,并將更多的輻射重新輻射到下方特點,從而使地球表面溫度升高。這就是溫室效應(yīng)。
3. 黑體輻射的譜線
現(xiàn)在綠色化發展,讓我們更定量地分析任何宏觀物體的電磁輻射的吸收和發(fā)射去創新。理想的黑體是一個(gè)假想物體,它吸收所有照射到其表面的輻射(因此應用創新,黑體的名字來(lái)源于它不會(huì)反射任何光體系,因此看起來(lái)是黑色的)。物理理論預(yù)測(cè)了理想黑體在某一溫度下的輻射譜和諧共生。下圖顯示了不同溫度下理想黑體的理論輻射譜提高。請(qǐng)注意,在此圖中用上了,每個(gè)主要的刻度標(biāo)記表示相鄰刻度標(biāo)記之間的差異為10倍結構。也就是說(shuō),波長(zhǎng)和輻射強(qiáng)度的刻度是對(duì)數(shù)的的特性。
理想黑體輻射的譜線
溫度為T=6000K競爭力所在、5000K、4000K高效、3000K先進的解決方案、2000K和1000K時(shí),理想黑體輻射的譜線實力增強。太陽(yáng)的光球溫度略低于6000K自然條件。地球表面的有效溫度略低于300K。
黑體輻射的一個(gè)顯著特征是它具有連續(xù)的譜線供給。也就是說(shuō)全過程,輻射強(qiáng)度曲線是平滑的。它沒有任何波動(dòng)積極參與,并且在某個(gè)波長(zhǎng)處不會(huì)突然降為零優勢領先。
非理想黑體在給定波長(zhǎng)下發(fā)射的輻射強(qiáng)度低于理想黑體。然而探討,地球和太陽(yáng)等物體的輻射能量與同溫度下的黑體輻射非常相似新技術。
黑體在每個(gè)波長(zhǎng)下的輻射強(qiáng)度只依賴于其絕對(duì)溫度(以開爾文為單位)。記住共創美好,熱量是一種能量形式趨勢,因此如果一個(gè)黑體通過(guò)吸收更多能量較強(qiáng)的光子(或通過(guò)其他過(guò)程,如傳導(dǎo))預判,它將發(fā)射更多能量較強(qiáng)的光子。
4. 黑體輻射與溫度
我們已經(jīng)看到,黑體會(huì)在所有波長(zhǎng)的電磁輻射中發(fā)射輻射調解製度,并且發(fā)射輻射的強(qiáng)度隨著物體溫度的變化而變化深入。上面的圖顯示了不同溫度下黑體輻射的電磁輻射譜,按波長(zhǎng)劃分。
當(dāng)光子在譜線上以連續(xù)范圍發(fā)射時(shí)一站式服務,我們稱之為連續(xù)輻射功能。隨著溫度升高,每條曲線的峰值發(fā)生了什么變化呢支撐作用?你可以看到積極性,每條曲線的峰值隨著溫度升高而向較短的波長(zhǎng)(更高的能量)移動(dòng)。
5. 吸收率與發(fā)射率
雖然理想的黑體是一個(gè)假想物體機遇與挑戰,但物體通常通過(guò)它們的輻射特性與同溫度下的黑體進(jìn)行比較高效節能。物體的兩個(gè)重要相關(guān)屬性是它們的吸收率和發(fā)射率。物體的吸收率a定義為在特定波長(zhǎng)下取得明顯成效,物體吸收的入射輻射的比例基地。材料的發(fā)射率e定義為在特定波長(zhǎng)下,物體發(fā)射的輻射與同溫度下的黑體輻射的比例大力發展。如我們之前所知約定管轄,理想的黑體吸收所有入射輻射,并在每個(gè)波長(zhǎng)上發(fā)射最大可能的輻射集成技術。因此的積極性,理想黑體在任何波長(zhǎng)下的吸收率和發(fā)射率都等于1。對(duì)于真實(shí)物體深刻變革,這些值可能在0到1之間變化高效。基爾霍夫定律規(guī)定至關重要,對(duì)于任何物體:
a = e
根據(jù)這一點(diǎn)質量,一個(gè)在特定波長(zhǎng)下是強(qiáng)吸收的物體,在該波長(zhǎng)下也是強(qiáng)發(fā)射的表示;而一個(gè)在特定波長(zhǎng)下吸收較弱的物體不久前,也會(huì)在該波長(zhǎng)下發(fā)射較弱。一個(gè)物體是否在給定波長(zhǎng)下是強(qiáng)發(fā)射體或弱發(fā)射體質生產力,取決于材料的特性機構。大氣層中各種成分的發(fā)射率在決定大氣溫度結(jié)構(gòu)方面起著至關(guān)重要的作用。
6. 輻射能量和黑體輻射的關(guān)鍵點(diǎn)
輻射能量傳輸可以用輻射通量提升行動、輻照度或輻射亮度來(lái)描述更適合。
理想的黑體吸收所有照射到它的輻射能量,并重新發(fā)射所有吸收的能量交流。
黑體輻射的發(fā)射強(qiáng)度依賴于輻射物體的溫度集中展示。
在特定波長(zhǎng)下強(qiáng)(弱)吸收的黑體也是強(qiáng)(弱)發(fā)射的。
太陽(yáng)和地球不是的黑體規劃,但在研究它們的輻射能量發(fā)射時(shí),可以將其近似為黑體。
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