第二节 要点•辐射四个基本定律的物理意义•斯蒂芬斯蒂芬- -波尔兹曼定律（辐射与温度的波尔兹曼定律（辐射与温度的关系）关系）•韦恩位移定律（辐射与波长的关系）韦恩位移定律（辐射与波长的关系） 基本定律•基尔霍夫定律基尔霍夫定律•普朗克定律普朗克定律•斯蒂芬斯蒂芬- -波尔兹曼定律波尔兹曼定律•韦恩位移定律韦恩位移定律描述物体的热辐射特性描述物体的热辐射特性, ,通常以黑体为通常以黑体为标准标准, ,在热平衡条件下成立在热平衡条件下成立. . 历史的发展1901 年 普朗克定律 1859 年 基尔霍夫定律 1893 年 韦恩位移定律 1879 年1884 年斯蒂芬-波尔兹曼定律斯蒂芬波尔兹曼现在可从普朗克定律推出斯蒂芬现在可从普朗克定律推出斯蒂芬- -波尔波尔兹曼定律和韦恩位移定律兹曼定律和韦恩位移定律 吸收率、反射率、透射率•定义：吸收率反射率透射率A+R+τ=1QrQ0QaQτ单色（或分光、谱）、积分吸收率、反射率、透射率 黑体：吸收率为1的物体称为绝对黑体灰体：物体的吸收不随波长而变,且吸收率小于1的物体称为灰体地面对长波辐射的吸收率近于常数，可认为是灰体。
反照率： 反射辐射通量与入射辐射通量之比（如可见光、太阳辐射）各种物体对不同波长的辐射具有不同的吸收率与放射率，构成了该物体的吸收光谱或辐射光谱 一、基尔霍夫定律 在热平衡状态下，任何物体在在热平衡状态下，任何物体在一定的波长一定的波长 λ、、一定温度一定温度 T 时的辐射通时的辐射通量密度量密度F(λ,T)与吸收系数与吸收系数A(λ,T) 成正比关成正比关系，二者比值只是系，二者比值只是λ和和 T 的函数，与物的函数，与物体的性质无关，且等于绝对黑体在体的性质无关，且等于绝对黑体在 λ 和和 T 时的辐射通量密度时的辐射通量密度 ，，即 Kirchhoff law) 已知某温度下黑体的辐射, 又知道所研究物体的吸收率, 可得该物体放射的辐射: 基尔霍夫“实验”(1859年)•与外界绝热系统，左边为黑体，右边为灰体，达到辐射平衡，温度相等•黑体板放射能量为E,T ，灰体板放射能量为FT，灰体板吸收能量 。
TT黑体灰体虑光片只允许到+d的辐射通过 •物体的比辐射率或发射率：物体的辐射能力与黑体辐射能力之比•黑体板的辐射平衡关系：•灰体板的辐射平衡关系： 该定律的意义在于:•把物体的吸收与放射与黑体辐射联系起来,知道了物体的吸收率,就可以把黑体辐射规律应用于非黑体.•把物体的吸收与放射联系起来.如果物体不吸收这个波长的辐射,就不放射这个波长的辐射.物体的吸收率就是它的发射率. 二、 普朗克定律（（Plank law））其中其中h h: :普朗克常数，普朗克常数， k k: :波尔兹曼常数，波尔兹曼常数， c c: :光速，光速，T T: :温度，温度，λλ: :波长•黑体的分光辐出度随温度和波长的分布函数： •在波长大于1mm微波波段:在可见光和紫外区辐射能与温度呈线性关系辐射能与温度呈非线性关系绝对黑体的分光辐亮度 该定律的意义•如果是黑体,根据辐射率,求出物体的温度,称为亮温.•对于非黑体,其辐射率小于同温度黑体辐射率,亮温低于实际温度.•测定辐射率,反演被测物体温度,是气象遥感的重要内容. 三、斯蒂芬-波尔兹曼定律（（Stephen-Boltzman law））积分辐射通积分辐射通量密度量密度•黑体的积分辐射通量密度与温度的四次方成正比黑体的积分辐射通量密度与温度的四次方成正比. .(1879(1879年年由实验发现由实验发现, ,以后用热力学理论导出以后用热力学理论导出, ,现在用现在用PlankPlank公式对公式对所有波长积分所有波长积分) ) （（Stephen-Boltzman 常数）常数） 该定律的意义该定律的意义: 1 1 估计积分辐射通量密度估计积分辐射通量密度300300K K 物体的积分辐射通量密度物体的积分辐射通量密度459W·m-2 大气上界太阳的积分辐射通量密度大气上界太阳的积分辐射通量密度1367 W·m-2 2 2 有效温度有效温度 物体是黑体物体是黑体, , 有效温度有效温度= =实际温度实际温度 物体不是黑体物体不是黑体, ,有效温度有效温度< <实际温度实际温度根据积分辐照度的观测值计算发射体的温度根据积分辐照度的观测值计算发射体的温度, ,得到得到的温度为发射体的有效温度的温度为发射体的有效温度. . （（Wien displacement law））温度越高，最大单色辐射率所对应的波长越小温度越高，最大单色辐射率所对应的波长越小•黑体辐射光谱极大值对应的波长与温度成反比。
黑体辐射光谱极大值对应的波长与温度成反比由普朗克公式对波长由普朗克公式对波长求极值求极值光谱辐射峰值波长四、韦恩位移定律(1893年由热力学理论推出,现在用Plank公式导出) 光谱辐射峰值波长与温度成反比 颜色温度（色温）颜色温度（色温）：•用光谱方法测定光谱辐射峰值波长，再由位移用光谱方法测定光谱辐射峰值波长，再由位移定律导出物体的温度，即色温定律导出物体的温度，即色温T=300K(地球), T=6000K(太阳), 根据普朗克定律，各种温度下黑体辐射光谱微米1.E7 瓦/平方米/微米/球面度微米 瓦/平方米/微米/球面度接近于太阳温度接近于太阳温度0.17-4 m接近于地球和大接近于地球和大气温度气温度3-120 m以4m为界 太阳辐射和地球辐射 讨论:1太阳辐射特点•紫外：0.17-0.38μm, 占总辐射的8%•可见光：0.39-0.75 μm, 占总辐射的44%.辐射率最大是蓝绿光.•红外：0.76-4 μm, 占总辐射的48%•>4μm的太阳辐射, 很少部分•辐射集中于0.17-4 μm 讨论 2 地球辐射特点•辐射集中于4-100 μm (红外辐射)•辐射率最大区在10 μm 附近•短波辐射: <4 μm 的辐射•长波辐射: >4 μm 的辐射 入射到地球大气上界的太阳辐射与 地球辐射的谱辐照度比较 近红外 0.77-3 µm •太阳辐射为主•太阳辐射和地球辐射同量级 中红外 3-6 µm 远红外 6-15 µm•地球辐射为主大气上界，太阳的长波辐射通量密度约10Wm-2，地球出射的长波辐射通量密度在副热带约270Wm-2。
对于全波段辐射通量密度来说，太阳和地球的数量级接近，地球处于辐射平衡状态 1.由普朗克定律推出斯蒂芬-波尔兹曼定律和维恩位移定律 推出普朗克定律另外两种形式b. 单色辐射率表示为波数的函数a. 单色辐射率表示为频率的函数 基本定律和意义•基尔霍夫定律•普朗克定律•斯蒂芬-波尔兹曼定律•韦恩位移定律黑体辐射定律黑体与非黑体辐射间的联系 普朗克定律另外两种形式 a. 单色辐射率表示为频率的函数 。