基尔霍夫定律

热辐射定律

基尔霍夫定律又称热传导定律（Kirchhoff），是德国物理学家古斯塔夫·基尔霍夫于1859年提出的热辐射定律。

定义

辐射传热

依靠电磁波辐射实现热冷物体间热量传递的过程，是一种非接触式传热，在真空中也能进行。物体发出的电磁波，理论上是在整个波谱范围内分布，但在工业上所遇到的温度范围内，有实际意义的是波长位于之间的热辐射,而且大部分位于红外线（又称热射线）区段中的范围内。所谓红外线加热,就是利用这一区段的热辐射。研究热辐射规律，对于炉内传热的合理设计十分重要，对于高温炉操作工的劳动保护也有积极意义。当某系统需要保温时，即使此系统的温度不高，辐射传热的影响也不能忽视。如保温瓶胆镀银，就是为了减少由辐射传热造成的热损失。

热辐射定律

它用于描述物体的发射率与吸收比之间的关系。在热力学平衡的条件下，各种不同物体对相同波长的单色辐射出射度与单色吸收比之比值都相等，并等于该温度下黑体对同一波长的单色辐射出射度。

详细内容

热辐射的基本概念

任何物体在发出辐射能的同时，也不断吸收周围物体发来的辐射能。一物体辐射出的能量与吸收的能量之差，就是它传递出去的净能量。物体的辐射能力（即单位时间内单位表面向外辐射的能量），随温度的升高增加很快。一般说来，当一物体受到其他物体投来的辐射（能量为）时,其中被吸收转为热能的部分为,被反射的部分为，透过物体的部分为,显然这些部分与总能量之间有下式所示的关系：如果把称为吸收率，称为反射率，称为穿透率，则有：若物体的，，即到达该物体表面的热辐射的能量完全被吸收，此物体称为绝对黑体，简称黑体。若，,即到达该物体表面的热辐射的能量全部被反射；当这种反射是规则的，此物体称为镜体；如果是乱反射，则称为绝对白体。若，，即到达物体表面的热辐射的能量全部透过物体，此物体称为透热体。实际上没有绝对黑体和绝对白体，仅有些物体接近绝对黑体或绝对白体。例如：没有光泽的黑漆表面接近于黑体，其吸收率为；磨光的铜表面接近于白体，其反射率可达。影响固体表面的吸收和反射性质的，主要是表面状况和颜色，表面状况的影响往往比颜色更大。固体和液体一般是不透热的。热辐射的能量穿过固体或液体的表面后只经过很短的距离（一般小于,穿过金属表面后只经过）,就被完全吸收。气体对热辐射能几乎没有反射能力，在一般温度下的单原子和对称双原子气体（如、、、、等），可视为透热体，多原子气体（如、、、、等）在特定波长范围内具有相当大的吸收能力。

辐射能力和吸收能力

理论研究证明，黑体的辐射能力为：此式称为斯忒藩-玻尔兹曼定律。式中为绝对温度；为黑体的辐射常数（或称斯忒藩-玻尔兹曼常数）,其值为。为应用方便,此式可改写为：式中为黑体的辐射系数,其值为。此式表明，温度对热辐射的影响极大。低温时热辐射常可忽略（如普通换热器中）；高温时（如炉膛内）则成为传热的主要方式。

波长分布规律

实际物体的辐射能的波长分布规律，随物体和温度而异。设实际物体辐射任一波的辐射能力为，在同温度下的黑体辐射相同波长的能力为；若为常数，即物体的辐射能力与波长无关,则这种物体称为灰体。大多数工程材料在热辐射波长范围内接近于灰体。灰体的辐射能力E可表示为：。式中为灰体的辐射系数，其数值与物体的表面状况及温度有关。物体的辐射能力与同一温度下黑体的辐射能力之比，等于各自的辐射系数之比，即。称为黑度，它代表物体的相对辐射能力。G.R.基尔霍夫发现，任何物体的辐射能力与吸收率的比值都相同,且该比值恒等于同温度下绝对黑体的辐射能力，即：，此式称为基尔霍夫定律。它表明物体的吸收率与黑度在数值上相等，即物体的辐射能力越大，吸收能力也越大。

两固体间的辐射传热

两物体间辐射传热的速率可表示为式中、分别为两物体的表面温度；为一物体的表面面积；为以为基准的角系数，代表一物体辐射出去的能量投射到表面的分率，它取决于两物体的形状、大小和相对位置；为总辐射系数，其值与两物体的黑度、大小、形状和相对位置有关。

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