【摘要】:设投射到物体上全波长范围的总能量为G,被吸收能量Gα,反射能量为Gρ,透射能量为Gτ,根据能量守恒定律可知:G=Gα+Gρ+Gτ若等式两边同除以G,则:α+ρ+τ=1 (8-3)图8-2 热射线的吸收、反射和透射式中,称为物体的吸收率,表示投射的总能量中被吸收的能量所占份额;,称为物体的反射率,表示投射的总能量中被反射的能量所占份额;,称为物体的透射率,表示投射的总能量中透射的能量所占份额。
当热射线投射到物体上时,遵循着可见光的规律,其中一部分被物体吸收,一部分被反射,其余则透过物体τ,如图8-2所示。设投射到物体上全波长范围的总能量为G,被吸收能量Gα,反射能量为Gρ,透射能量为Gτ,根据能量守恒定律可知:
G=Gα+Gρ+Gτ
若等式两边同除以G,则:
α+ρ+τ=1 (8-3)
图8-2 热射线的吸收、反射和透射
式中
,称为物体的吸收率,表示投射的总能量中被吸收的能量所占份额;
,称为物体的反射率,表示投射的总能量中被反射的能量所占份额;
,称为物体的透射率,表示投射的总能量中透射的能量所占份额。
如果投射能量是某一波长下的单色辐射,上述关系也同样适用,即:
αλ+ρλ+τλ=1 (8-4)(www.chuimin.cn)
式中,αλ、ρλ、τλ分别为单色吸收率、单色反射率和单色透射率。
α、ρ、τ和αλ、ρλ、τλ是物体表面的辐射特性,它们和物体的性质、温度及表面状况有关。对全波长的特性α、ρ、τ还和投射能量的波长分布情况有关。
热射线进入固体或液体表面后,在一个极短的距离内就被完全吸收。对于金属导体,这个距离仅有1μm的数量级;对于大多数非导电体材料,这个距离也小于1mm。所以,可认为热射线不能穿透固体、液体,即τ=0。于是,对于固体和液体,式(8-3)可简化为:
α+ρ=1 (8-5)
因而,吸收率越大的固体和液体,其反射率就越小,而吸收率越小的固体和液体,其反射率就越大。固体和液体对热射线的吸收和反射几乎都在表面进行,因此物体表面情况对其吸收和反射特性的影响至关重要。
热射线投射到物体表面后的反射现象和可见光一样,有反射和漫反射之分。当表面的不平整尺寸小于投射辐射的波长时,形成镜面反射,反射角等于入射角。高度磨光的金属表面是镜面反射的实例。当表面的不平整尺寸大于投射辐射的波长时,形成漫反射,此时反射能均匀分布在各个方向。一般工程材料的表面较粗糙,故接近漫反射。
热射线投射到气体界面上时,可被吸收和透射,而几乎不反射,即ρ=0。于是,对于气体,式(8-3)可简化为:
α+τ=1 (8-6)
显然,透射性好的气体吸收率小,而透射性差的气体吸收率大。气体的辐射和吸收是在整个气体容积中进行的,气体的吸收和穿透特性与气体内部特征有关,与其表面状况无关。
如物体能全部吸收外来射线,即α=1,则这种物体被定义为黑体。如果物体能全部反射外来射线,即ρ=1,不论是镜面反射或漫反射,均称为白体。如果物体能被外来射线全部透射,即τ=1,则称为透明体。
自然界中并不存在黑体、白体与透明体,它们只是实际物体热辐射性能的理想模型。例如烟煤的α≈0.96,高度磨光的纯金ρ≈0.98。必须指出,这里的黑体、白体、透明体是对全波长射线而言。在一般温度条件下,由于可见光在全波长射线中只占一小部分,所以物体对外来射线吸收能力的高低,不能凭借物体的颜色来判断,白颜色的物体不一定是白体。例如,雪对可见光是良好的反射体,它对肉眼来说是白色的,但对红外线却几乎能全部吸收,非常接近黑体;白布和黑布对可见光的吸收率不同,对于红外线的吸收率却基本相同;普通玻璃对波长小于2μm射线的吸收率很小,从而可以把照射到它上面的大部分太阳能投射过去,但玻璃对2μm以上的红外线几乎是不透明的。
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