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重点内容：
热辐射的基本定律及实际物体的热辐射特性简化方法
一、黑体
黑体具有最大的吸收力(α=1)，同时亦具有最大的辐射力(ε=1)。
在实际物体中不存在绝对黑体，为此引出人工黑体，如图所示。
具有一个小孔的等温空腔表面，若有外部投射辐射从小孔进入空腔内，必将在其内表面经历无数次的吸收和反射，最后能够从小孔重新选出去的辐射能量必定微乎其微。于是有理由认为，几乎全部入射能量都被空腔吸收殆尽。从这个意义上讲，小孔非常接近黑体的性质。另外，腔内空间的辐射场系由腔内表面的发射和反射叠加而成，是各向同性的，而且必定和从小孔选出的辐射具有相同的性质，也等于腔壁温度所对应的黑体辐射力。
二、普朗克(M.Planck)定律
1、表达式
 ，
其中C1、C2分别称为普朗克第一常数和第二常数。
该规律描述了黑体单色辐射力随波长及温度的变化规律，如图所示。
 
2分析
⑴在一定温度下，黑体在不同波长范围内辐射能量各不相同。
⑵维恩位移定律：随着温度T增高，最大单色辐射力Ebλ,max所对应的峰值波长λmax逐渐向短波方向移动。λmaxT=2897.6μK。
⑶黑体T<1400K，辐射大部分能量集中在λ=0.76-10
μ内，从而可以忽略可见光。常温下，实际物体的辐射主要是红外辐射。
三、斯蒂芬-玻尔兹曼定律
Eb=σbT4W/m2；σb=5.67*10-8W/(m2K4)
描述了黑体辐射力随表面温度的变化规律。
也可以计算某一波长范围内的辐射力。
其中 称为黑体辐射系数。
四、兰贝特(Lambert)余弦定律
包括三个方面的内容：
1、半球空间上，黑体的辐射强度与方向无关。即：
 ，而各朝向辐射同性的表面称为漫辐射表面。
2、漫辐射表面定向辐射力与辐射强度间满足：
3、漫辐射表面的辐射力是辐射强度的π倍。
该定律描述了黑体及漫辐射表面定向辐射力按空间方向的分布变化规律。
五、实际物体的辐射特性
黑体是所有物体当中吸收能力最大，同时发射能力也最大的理想化表面，这个特点使它很自然地成了描述实际表面的吸收和发射能力大小的最佳基准。通常实际表面(固体或液体)的光谱辐射力比同温度的黑体小，而且表现出不像黑体那么有规律。一般对实际物体表面辐射特性进行一定程度的简化，再用辐射率和吸收率进行修正。引入辐射率是为了定量描述实际物体在发射辐射方面与黑体的差别，而引入吸收率是为了定量描述实际物体在吸收辐射方面与黑体的差别。
㈠辐射率
(全波长)辐射率 ；定向辐射率 ；单色辐射率
单色辐射率在图中，是两段线段长度之比；辐射率则是阴影面积（即实际物体辐射力）与实线下的面积（即黑体辐射力）之比；实际物体用灰体近似替代，在图上就意味着，虚线下的面积与阴影面积相同。
㈡单色辐射率与灰体
实际材料表面的光谱辐射力不遵守普朗克定律，或者说不同波长下光谱发射率随波长的变化比较大，并且不规则。
某一温度下，实际物体的单色辐射力随波长的变化是不规则的。但工程上，实际物体一般可用灰体近似替代。
 
灰体：是指物体单色辐射力与同温度黑体单色辐射力随波长的变化曲线相似，或它的单色发射率不随波长变化，即：ελ≠f(λ)；αλ≠f(λ)
⑴辐射是连续的光谱：Eλ=ελEb,λ
⑵辐射力符合四次方定律：E=εEb=ελEb
一般实际物体表面在红外线波长范围内，可以近似作为灰体处理。
㈢定向辐射率与漫射表面
某一温度下，实际物体的定向辐射强度在各方向上的变化是不规则的。
但从图中可以看出，金属在θ=0-400、非金属在θ=0-600的单色辐射率基本为常数，所以较为粗糙的实际物体表面可作为漫射表面处理，但其辐射率应做如下修正： （非金属）； （磨光金属表面）。
漫射表面：各朝向辐射同性的表面称为漫辐射表面，εθ≠f(θ)；αθ≠f(θ)
⑴符合兰贝特余弦定律
⑵定向吸收率与空间方向无关。
⑶辐射力符合四次方定律：E=εEb=εθEb
一般较为粗糙的实际物体表面可作为漫射表面处理。
六、基尔霍夫(Kirchhoff)定律
描述了物体发射辐射的能力和吸收投射辐射的能力之间的关系。
在热平衡条件下， αλ,θ,T=ελ,θ,T
1、对于实际物体表面: αλ,θ=ελ,θ
2、对于灰体: αθ=εθ
3、对于漫射表面: αλ=ελ
4、对于漫-灰表面(及黑体): α=ε
七、实际物体的吸收特性
实际物体的辐射换热比较复杂，在表面间将形成多次反射、吸收的现象。因此，确定其辐射和吸收特性也是极其重要的。
实际物体吸收率不仅与本身性质和状况有关，还取决于投射辐射的特性。日常生活中也有明显例子：红光投射到红玻璃上时，玻璃背面有红光透出，说明红玻璃对红光的吸收率不大：但当绿光投射到红玻璃上时．玻璃背面无光透出，说明红玻璃对绿光的吸收率很大。可见，投射光的波长对红玻璃的吸收率有很大的影响。
实际物体辐射率的计算方法：
实际物体吸收率的计算方法：
 
八、基本要求及例题
掌握辐射的基本定律、漫射表面及灰体表面的辐射和吸收特性、实际物体的热辐射特性及其简化方法。
例题1、ε=ελ与ε=εθ的区别是什么？
答：区别在于ε=ελ的适用条件为漫射表面，而ε=εθ的适用条件为灰体表面。
例题2、应用维恩定律解释金属加热过程的颜色变化。
答：维恩定律λmax·T=2897.6 μm·K表明，物体随着温度T的升高，λmax向波长减小的方向移动。金属发射的能谱中可见光部分的份额越来越多，其可见光中的短波部分也越来越多，因而感觉到金属加热过程随着T升高颜色由黑逐渐变为暗红、橘红、鲜红，甚至白亮色。
例题3、试从热辐射观点分析，用电炉来烘烤某一工件，把工件放在电炉的正上方热得快还是放在电炉的边沿热得快？为什么？
答：虽然不论是放在上方，还是放在边沿，工件被辐射照射面积相同，所张立体角也相同，但一个是法向，一个是成θ角的偏向，而Eθ=Encosθ，所以工件放在电炉正上方(即法向)得到的辐射热多，热得快。
例题4、实际物体表面的发射率和吸收率主要受哪些因素影响？
答：发射率ε与物体本身的性质(种类)、表面状况、温度及方向有关。吸收率α与物体的种类、表面状况及温度有关，而且与入射的波长有关。
例题5、何谓“漫──灰表面”？ 有何实际意义？
答：“漫─灰表面”是研究实际物体表面时建立的理想体模型。漫辐射、漫反射指物体表面在辐射、反射时各方向相同。灰表面是指在同一温度下表面的辐射光谱与黑体辐射光谱相似，吸收率也取定值。“漫─灰表面”的实际意义在于将物体的辐射、反射、吸收等性质理想化，可应用热辐射的基本定律了。大部分工程材料可作为漫辐射表面，并在红外线波长范围内近似看作灰体。从而可将基尔霍夫定律应用于辐射换热计算中。
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