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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划材料热辐射实验(共8篇)热辐射与红外扫描成像实验自然界存在着一种不为人们注意的客观现象，这就是任何物体均具有一定温度，它们都是“热”的，所不同的只是热的程度有差异而已。在物理学中，热是用绝对温度(以K表示)来描述的。因此，上述现象又可表述为：自然界不存在绝对温度为零的物体。热辐射探测技术及相关的定律在现代国防、科研、航天、天体的演化、医学、考古、环保、工农业生产等各个领域中均有广泛应用。例如利用红外线成像技术，在建筑上有红外无损探伤仪和多种红外线测温仪，在军事上有各种红外夜视仪和红外
2、制导技术，在医疗中的医用红外成像仪和红外医疗诊断仪等。【预备问题】什么是热辐射，热辐射有哪些传播规律？热辐射和其他形式的电磁波辐射有何异同?物体在大致相同的温度，是否不同物体有不同的辐射量呢？对于球形均值热源和各种不同形状和不同材料构成的热源的辐射量在空气中的衰减规律及其分布是否都遵循反平方定律呢？什么是黑体？描述黑体辐射规律的是哪几个定律？它们分别是从哪些方面来进行描述的？能否利用物体辐射量与温度之间的关系来测量温度？优缺点是什么？对于相同材料的物体，相同的温度，表面粗糙度不同，对于辐射发射量是否有影响？红外扫描成像的原理是什么？如何提高红外扫描成像的质量？在实验设计上要注意哪些问题？如何减
3、小环境温度对于实验结果的影响？红外技术有哪些实际应用？【引言】热辐射的研究具有悠久的历史。1790年皮克泰认识到了热辐射问题，把它从热传导中区别开来，并认识到它的直线传播性质，热辐射被明确的提出来作为物理学研究的对象；1800年赫谢耳发现了红外线；1850年，梅隆尼提出在热辐射中存在可见光部分；热辐射的真正研究是从基尔霍夫开始的。1860年他从理论上导入了辐射本领、吸收本领和黑体概念，他利用热力学第二定律证明了一切物体的热辐射本领和吸收本领之比等于同一温度下黑体的辐射本领，黑体的辐射本领只由温度决定。在1861年进一步指出，在一定温度下用不透光的壁包围起来的空腔中的热辐射等同于黑体的热辐射；1
4、879年，斯特藩从实验中总结出了物体热辐射的总能量与物体绝对温度四次方成正比的结论；1884年，玻耳兹曼对上述结论给出了严格的理论证明；1888年，韦伯提出了波长与绝对温度之积是一定的，维恩从理论上进行了证明；后来的科学家们试图找到热辐射能量的分布公式，维恩由热力学的讨论，并加上一些特殊假设得出一个分布公式维恩公式。这个公式在短波部分与实验结果符合，而在长波部分则显著不一致。瑞利和金斯根据经典电动力学和统计物理学也得出黑体辐射能量分布公式，他们得出的公式在长波部分与实验结果较符合，而在短波部分则完全不符。普朗克在维恩经验公式和瑞利金斯公式的基础上进一步分析实验结果，从电磁理论的基础上试图弄清楚
5、热辐射过程的本质引入了谐振子的概念，首次提出能量“量子”的假设，得到与实验符合得很好的普朗克黑体辐射公式。1905年爱因斯坦用普朗克的量子假设成功地解释了光电效应的问题，1913年尼尔斯玻尔在他的原子结构学说中也使用了这一概念，普朗克的能量不连续性概念才被人们所接受，并于1918年荣获得诺贝尔物理学奖。本系列实验旨在学习和掌握经典热辐射实验的基本定律、规律和效应，了解热辐射效应、定律和探测技术的应用。在此基础上，学习科学家们的创新思维和专研精神，独立进行热辐射实验的基础应用探索和创新设计。1热辐射的基本概念和定律(关于黑体辐射的基本特性研究见本套书大学物理实验第二册实验)当物体的温度高于绝对零
6、度时，均有红外光向周围空间辐射出来，红外辐射的物理本质是热辐射。其微观机理是物体内部带电粒子不停的运动导致热辐射效应。热辐射的波长和频率在?100之间，与电磁波一样具有反射、透射和吸收等性质。设辐射到物体上的能量为Q，被物体吸收的能量为Q，透过物体的能量为Q，被反射的能量为Q。由能量守恒定律可得：Q=Q+Q+Q归一化后可得：Q?Q?Q?+=?+?+?=1QQQ式中为吸收率，为透射率，为反射率。基尔霍夫定律基尔霍夫指出：物体的辐射发射量M和吸收率的比值M/与物体的性质无关，都等同于在同一温度下的绝对黑体的辐射发射量MB，这就是著名的基尔霍夫定律。M1?1=M2?2=?=MB=f?T?基尔霍夫定律
7、不仅对所有波长的全辐射而言是正确的，而且对任意单色波长也是正确的。绝对黑体能完全吸收入射辐射，并具有最大辐射率的物体叫做绝对黑体。实验室中人工制作绝对黑体的条件是：1）腔壁近似等温，2）开孔面积ard,CelotexCardboard,Corrugated5964180ConductivityW/m-C2137+03+03+03+03+03+03+03+03+03+03+04+03Densitykg/m3+03+03+03+03+03+03NoDataNoDataNoDataNoDataNoDataNoData520NoDataNoData35NoData+03NoData+03NoData+
8、03+03NoDataNoDataNoDataNoDataCement,MortarCement,PortlandConcrete,CinderConcrete,Stone1-2-4mixCork,Corkboard,10lb/ft3Cork,GroundCork,RegranulatedDiamond,FilmDiamond,TypeIIADiamond,TypeIIBDiatomaceousearthE-GlassFiberEpoxy,HighFillEpoxy,NoFillFelt,HairFelt,WoolFiberinsulatingboardFR4EpoxyGlass,1ozCop
9、perFR4EpoxyGlass,2ozCopperFR4EpoxyGlass,4ozCopperFR4EpoxyGlass,noCopperGlass,BorosilicateGlass,PyrexGlass,WindowGlass,Wool,/ft3Insulex,dryKapokKaptonMagnesia,85%MicaMylarNylonPhenolic,PaperbasedPhenolic,PlainPlaster,GypsumPlaster,MetallathPlaster,WoodlathPlexiglassPolycarbonatePolyethylene,Highdensi
10、tyPolyethylene,LowdensityPolyethylene,MediumdensityPolystyrene700+03+03NoData+03NoData+03NoDataNoData320+03NoDataNoDataNoDataNoDataNoData+03+03+03+0324NoDataNoDataNoData270NoDataNoData+03NoDataNoData+03NoDataNoDataNoData+NoDataPolyvinylchloridePyrexRockwool,10lb/ft3Rockwool,LooselypackedRubber,Butyl
11、Rubber,HardRubber,SiliconeRubber,SoftSawdustS-GlassFiberSilicaaerogelSilicon,%SiliconegreaseStone,GraniteStone,LimestoneStone,MarbleStone,SandstoneStyrofoamTeflonWoodShavingsWood,CrossGrain,Balsa,/ft3Wood,CrossGrain,CypressWood,CrossGrain,FirWood,CrossGrain,MapleWood,CrossGrain,OakWood,CrossGrain,Wh
12、itepineWood,CrossGrain,YellowpineAluminum-Oxide,Al2O3,%Aluminum-Oxide,Al2O3,96%Aluminum-Oxide,Al2O3,90%1503212NoDataNoData16064NoDataNoDataNoDataNoDataNoData+03140+03NoData+03+03+03+03NoDataNoDataNoDataNoDataNoDataNoDataEmissivityCoefficientsofsomecommonMaterialsTheradiationheattransferemissivitycoe
13、fficientofsomecommonmaterialsasaluminum,brass,glassandmanymoreTheemissivitycoefficient-indicatestheradiationofheatfromagreybodyaccordingtheStefan-BoltzmannLaw,comparedwiththeradiationofheatfromaidealblackbodywiththeemissivitycoefficient=1.Theemissivitycoefficient-forsomecommonmaterialscanbefoundinth
14、etablebelow.Notethattheemissivitycoefficientsforsomeproductsvarieswiththetemperature.Asaguidelinetheemmisivitiesbelowarebasedontemperature300K.东南大学材料科学与工程实验报告学生姓名张沐天班级学号1XX317实验日期批改教师课程名称材料性能测试实验批改日期实验名称材料导热系数测试实验报告成绩一、实验目的1.掌握稳态法测定材料导热系数的方法2.了解材料导热系数与温度的关系二、实验原理不同温度的物体具有不同的内能，同一个物体不同区域如果温度不等，则他们热运动
15、的激烈程度不同，含有的内能也不相同。这些不同温度的物体或区域，在相互靠近或接触时，会以传热的形式交换能量。由于材料相邻部分之间的温差而发生的能量迁移称为热传导。在热能工程、制冷技术、工业炉设计等一系列技术领域中，材料的导热性都是一个重要的问题。1.材料的导热性及电导率材料的导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1K，在1s钟内，通过1m2面积传递的热量，单位为W/(mK)，也叫热导率。热导率由简化的傅里叶导热定律q?-dTdx决定。2.热传导的物理机制热传导过程就是材料的能量传输过程。在固体中能量的载体可以有自由电子、声子和光子，因此固体的导热包括电子导热、声子导热和光子导热。1）电子和声子导热纯金属中主要为电子导热，在合金、半金属或半导体、绝缘体的变化过程中，声子导热所占比例逐渐增大。2）光子导热固体中分子、原
