基尔霍夫定律对半透明反射平行板热辐射的应用

基尔霍夫(Kirchhoff)热辐射定律是光学和传热学的重要定律之一,内容为:热平衡条件下,任何物体的辐射度rλ,t与其吸收本领aλ,t的商是波长和温度的普适函数 f(λ,t),与物体的性质无关.表为其中rλ,t表示辐射体单位表面积在温度t,向2π立体角发出的波长为λ至λ dλ的辐射通量密度;aλ,t表示辐射体在温度t时吸收属于波长λ的单位波长间隔的辐射通量与射到该物体表面该波长间隔的辐射通量之比. 能够在任何温度下吸收所有波长的辐射即吸收本领αBλt=1的物体称为黑体,黑体的辐射度,Z.;一j(A,t).为了研究绝大多数非黑体的热辐射特性,常以黑体辐…     

空腔"黑体"辐射的简单模型及推论

建立了一个简单的模型来描绘空腔辐射中腔壁与辐射场的能量交换,由此可以得到空腔辐射平衡场能谱的性质,基尔霍夫定律,以及空腔与黑体的关系．     

量子物理的发展

量子物理是从研究黑体光谱中能量分布的统计理论开始的。在一个封闭容器中,与物质处于平衡的辐射能谱通常叫做黑体辐射,因为它与一个完全吸收体发射出来的辐射相同。在1900年解释光谱中能量的分布曾经成为十分活跃的问题。值得指出,这个问题的历史颇为悠久。第一次应用热力学到黑体辐射问题上,要追溯到1859年,当时基尔霍夫第一次发展了他的关于辐射交换、辐射和吸收的联系、好的辐射体就是好的吸收体、坏的辐射体也就是坏的吸收体的一些思想。到1884年发现了我们现在叫做斯忒藩-玻耳兹曼的定律,就是说,总的辐射和绝对温度的四次方成正比例。这个定律是斯忒藩从试验中发现后经过玻耳兹曼从理论上给以解     

诺贝尔物理学奖百年回顾(续)

 （续前期）１９１１年维恩（ＷｉｌｈｅｌｍＣａｒｌＷｅｒｎｅｒＯｔｔｏＦｒｉｔｚＦｒｎａｚＷｉｅｎ１８６４－１９２８）因发现热辐射规律──维恩位移定律,建立黑体辐射的维恩公式,获得了１９１１年度诺贝尔物理学奖．１９世纪末,人们已经认识到热辐射和光辐射都是电磁波,并对辐射能量在不同频率范围内的分布问题,特别是黑体辐射,进行了较深入的理论和实验研究．维恩和拉梅尔（Ｏ．Ｌｕｍｍｅｒ）发明了第一个实用黑体──空腔发射作,为他们的实验研究提供了所需的“完全辐射”。维恩在前人研究的基础上于１８９３年提出了理想黑体辐射的位移定律：λｍａｘＴ＝常数。该定律指出,随着温度（Ｔ）的升高,与辐射能量     

热辐射基尔霍夫定律的一种教学方案

本文希望在论述基尔霍夫定律时有比较严密的形式. 设想用一根不导热的线将一个球形物体悬挂于真空腔中(图1),使腔壁保持恒定温度T,球体与腔壁只能通过辐射和吸收交换能量.该系统最终将达到热平衡,于是球体温度与腔壁温度相同.考虑球体表面上某面元,它受到的来自腔壁的光谱照度为e(λ,T),球体材料的吸收本领为a(λ,T),于是它对所有波长的总吸收通量密度为 再考虑到球体的光谱辐射度为r(λ,T),于是它对于所有波长的辐射度为于是得热平衡方程不失一般性,作等波长间隔划分,式(1)变为这是关于变元e(λn,T)的一个N元线性方程. 将上述球体A1依次…     

诺贝尔物理学奖百年回顾(续)

（续前期） １９１１年 维恩（Ｗｉｌｈｅｌｍ Ｃａｒｌ Ｗｅｒｎｅｒ Ｏｔｔｏ Ｆｒｉｔｚ ＦｒｎａｚＷｉｅｎ １８６４－１９２８）因发现热辐射规律──维恩位移定律,建立黑体辐射的维恩公式,获得了１９１１年度诺贝尔物理学奖． １９世纪末,人们已经认识到热辐射和光辐射都是电磁波,并对辐射能量在不同频率范围内的分布问题,特别是黑体辐射,进行了较深入的理论和实验研究．维恩和拉梅尔（Ｏ．Ｌｕｍｍｅｒ）发明了第一个实用黑体──空腔发射作,为他们的实验研究提供了所需的“完全辐射”。维恩在前人研究的基础上于１８９３年…     

红外测温

 一、红外测温的理论基础我们知道,自然界的一切物体都不断地辐射着红外线,它是由物质内部分子或原子的能级发生跃迁时产生的电磁辐射。随着人们对光学研究的深入,建立了基本的辐射定律,为红外科学奠定了理论基础,红外测温成为应用的一个重要方面。红外测温是辐射式测温的一种,是利用物体的热辐射来测量物体温度的。红外辐射的基本定律是斯忒藩、玻尔兹曼、普朗克等人的黑体辐射定律。黑体是一种理想模型,它能吸收全部入射的辐射而没有反射,是计算热辐射理论最简单的情况。辐射定律就是根据黑体研究出来的。     

红外测温

一、红外测温的理论基础我们知道 ,自然界的一切物体都不断地辐射着红外线 ,它是由物质内部分子或原子的能级发生跃迁时产生的电磁辐射。随着人们对光学研究的深入 ,建立了基本的辐射定律 ,为红外科学奠定了理论基础 ,红外测温成为应用的一个重要方面。红外测温是辐射式测温的一种 ,是利用物体的热辐射来测量物体温度的。红外辐射的基本定律是斯忒藩、玻尔兹曼、普朗克等人的黑体辐射定律。黑体是一种理想模型 ,它能吸收全部入射的辐射而没有反射 ,是计算热辐射理论最简单的情况。辐射定律就是根据黑体研究出来的。其形式为 :Ｅ0 (Ｔ) =σＴ…     

球形开口空腔“实际”发射率的计算

球形开口空腔在辐射计量、辐射定标和激光能量测量等方面得到了广泛应用。当考虑辐射热交换时，实际的发射率是一个很重要的参数。由于辐射能在壁面进行了多次反射吸收，所以开口空腔系统吸收的能量要比相同尺寸和相同发射率的平板吸收的能量大。这种由于辐射在空腔内多次反射和吸收使表面吸收率和表面发射率都增大的现象称之为“空腔效应”。针对空腔效应，引入有效辐射和视在发射率概念，通过球形开口空腔的视在发射率简单计算了开口空腔的辐射热损失。     

关于热辐射基尔霍夫定律及其应用的一些讨论

基尔霍夫定律是有关热辐射的基本定律中的一条,在热辐射的理论和应用中都占有很重要的地位。本文中先对定律本身给出严密的证明,然后结合常见的一些疑难进一步讨论在实际应用中应该注意的一些问题。 一、关于基尔霍夫定律的证明 众所周知物体的热辐射是一种温度辐射,即只依赖于温度的辐射。温度是平衡态的状态参量,因而热辐射是一种平衡辐射。所以首先要强调对热辐射的严格讨论只能是对一个达到平衡态的系统来进行。经常引用的绝热等温空腔就是这样一个系统,腔壁以及腔内各物具有同一温度T。由于这时的能量交换只有热辐射而无热传导和热对…     

人体皮肤和黑体

本文利用人体皮肤反射率和光波波长关系的实验曲线，得出结论：人体皮肤只对于波长短于０．３微米的紫外线和波长长于２微米的红外线，才接近黑体．指出了某些教材的结论有不妥之处，并说明了计算人与环境之间辐射问题时．是能够按黑体进行近似计算的．     

点源红外目标模拟器测量数学模型

用数学公式分析从黑体入射光阑到红外光谱辐射计中探测器的有效响应面及红外辐射的传输过程（包括入射角的余弦值、辐射源的立体角、红外光谱辐射计中的入射光阑口径、光学镜的光谱反射率、大气传输比等因素）对光谱辐射传输的影响。建立适用的目标模拟器测量数学模型。     

近红外光谱分析技术及发展前景

 近红外光（nearinfrared,NIR）是介于可见光（VLS）和中红外光（MIR）之间的电磁波,美国材料检测协会（ASTM）将波长780～2526nm的光谱区定义为近红外光谱区。近红外光谱主要应用两种技术获得:透射光谱技术和反射光谱技术。透射光谱波长一般在780～1l00nm范围内;反射光谱波长在1100～2526nm范围内。近红外光谱区（NIR）是由赫歇尔（Herschel）在1800年发现的。卡尔·诺里斯（KarlNorris）等人首先用近红外光谱区测定谷物中的水分、蛋白质。低谷     

表面微结构对平面黑体反射比的影响研究

为了研究不同微结构对于平面黑体反射比的影响,设计了40种表面微结构由不同锥齿类别（方锥和圆锥）、高度、疏密程度的排列组合构成的平面黑体样品。样品表面采用同种工艺,喷涂同类型表面吸收涂层,以降低表面反射。利用光谱仪测量样品在可见和近红外波段的反射比,测量结果表明,微结构可使反射比从平面状态的1.4%降低至近0.4%的水平。在保持其他条件一致时,锥齿高度越高且锥齿越密集,平面黑体反射比越低;锥齿类型不同对反射比影响则不显著;与Tracepro得到的仿真值进行比较,锥齿高度越高,齿面越密集,相对误差越大,相对误差处于10%~65%范围内。     

GeSb_2Te_4相变光存储薄膜材料的短波长静态记录特性的研究

研究了单层ＧｅＳｂ２Ｔｅ４真空射频溅射薄膜在４００ｎｍ～８３０ｎｍ区域的吸收、反射光谱和光学常数（ｎ，ｋ），发现ＧｅＳｂ２Ｔｅ４薄膜在４００ｎｍ～６００ｎｍ波长范围内具有较强的吸收。在短波长静态测试仪上测试了ＧｅＳｂ２Ｔｅ４薄膜的光存储记录特性，发现在５１４．５ｎｍ波长用较低功率的激光辐照样品时薄膜在写入前后的反射率变化较大，擦除前后的反射率对比度较低，可通过膜层设计来提高     

多光谱辐射瞬态高温测温计的研制

在现代动力学发射系统中,在强电磁场激发下瞬间产生的等离子体的火焰辐射温度对飞行目标运动状态以及动力系统轨道烧灼情况有着重要的影响。针对该情况下火焰不仅温度极高,而且其产生是一个瞬态过程。因此,传统的接触式测温方法不再使用,而基于光学高温计和CCD成像阵列等非接触式测温方法也无法响应瞬态过程。文章以经典的普朗克黑体辐射定律作为理论基础,结合多波长光谱辐射方法,研制了新型的多光谱辐射瞬态高温测温计。该高温计可以对目标产生的从300～860nm的波段内任意波长光谱的提取,最快响应时间可达到2ns。通过采用高分辨率衍射光栅和光纤连接的方式,保证多光谱提取的准确性。实验结果表明,利用目标发出的多光谱辐射测温与高速响应光电探测器件相结合的方法能够测量得到动力发射目标表面辐射温度分布的同时,也保证了较高的精度,满足了对于发射瞬间物体表面瞬态温度测试的要求。     

基尔霍夫（Kirchhoff，Gustav Robert，1824—1887）德国物理学家（Physicist，Germany）

基尔霍夫1854年由本生B58推荐任海德堡大学教授。1875年到柏林大学作理论物理教授，直到逝世。1845年，他首先发表了计算稳恒电路网络中电流、电压、电阻关系的两条电路定律（基尔霍夫电路定律），具有广泛的意义。他与本生合作创立了光谱分析方法。把各种元素放在本生灯上灼烧，发出波长一定的一些明线光谱，由此可以极灵敏地判断这种元素的存在。     

北京正负电子对撞机国家实验室（BEPCNL）北京同步辐射装置（BSRF）

北京正负电子对撞机国家实验室（ＢＥＰＣＮＬ）北京同步辐射装置（ＢＳＲＦ）当电子（或任何带电粒子）以接近光速沿弯曲轨道运行时，会沿轨道的切线方向发出强烈的电磁辐射。由于这种辐射最初是于１９４６年在电子同步加速器上发现的，故被称为同步辐射（ｓｙｎｃｈｒｏ...     

高温黑体性能评定和温度测量

中国计量科学研究院引进了高温黑体BB3500M作为新的光谱辐射照度基准光源。黑体BB3500M包括辐射腔体和温度反馈系统。辐射腔体由一系列高温热解石墨环组成,可以加热至3 500 K。在光谱辐照度测量中,高温黑体的性能参数和温度测量至关重要。对于黑体的性能参数,着重考察了黑体温度的稳定性和腔底温度的均匀性。在将高温黑体的光谱辐射照度传递给工作标准灯时,黑体的温度可能发生改变。实验观测了一小时内黑体的温度漂移情况。当高温黑体加热至3 016 K时,采用温度反馈系统的BB3500M稳定在0.3 K。实验光路中设置了限制光栏,用于屏蔽来自黑体腔壁的辐射。黑体腔底辐射环的温度均匀性优于0.2 K。在温度测量中,2 473 K以下的温度可以直接溯源到中国计量科学研究院热工处,对于更高温度的测量需要进行温度延伸。文中从普朗克公式出发,通过多波长亮度比较法进行了温度延伸。实验先在低温区进行延伸证实了方法的可能性,然后进行了高温区的温度延伸。     

黑体红外波段辐射亮度响应的通用公式

以红外测温技术为背景,着重研究了f(T)=∫■R_λL_(bλ)(T)dλ≈CT~n模型,即某段波长范围内,黑体辐射在探测器上引起的响应,称其为黑体波段辐射亮度响应。对于不同的探测器,不同的波长区间,不同的温度范围,有不同的C及n。n值难以准确获取,多数研究者试验时使用Inagaki及Okamoto在1996年提出的三个固定波段模型,不能很好的扩展到任意波段的探测器。通过使用"维恩近似公式"代替普朗克公式,从理论上推导出f(T)的解析式,得到了黑体波段辐射亮度响应的通用公式,从而能够通过理论计算的方式,求取任意波段内黑体波段辐射亮度响应f(T)。使用黑体波段辐射亮度响应的通用公式进行了两项仿真工作。一是将通用公式在全波段内进行积分,得到解析式M_(bb)=5.238 5×10~(-8)T~4,并与斯蒂芬玻尔兹曼定律对比。通用公式求得的系数σ′=5.238 5×10~(-8)与斯蒂芬玻尔兹曼常数σ=5.667 9×10~(-8)差值为0.429 4×10~(-8)。二是使用通用公式计算出8～13μm波段内黑体波段辐射亮度响应f(T),并绘图与Inagaki及Okamoto文章中的拟合结果f(T)≈0.136σT~(4.09)进行对比,结果曲线基本一致。两项仿真说明了通用公式的正确性,在此基础上,进一步进行实验验证。以实验室内面源辐射体为目标,根据所提出的通用公式,计算被测目标的发射率ε,并将之与目标发射率参考值ε_0对比。面源辐射体实验结果:■为参考值,■为测量值,发射率误差为0.01。实验误差较小,说明所提出的通用公式可用于红外测温的工程实践中。通用公式与原模型f(T)≈CT~n相比,最大的优势在于可以在任意波段内,不需考虑温度分区,通过理论计算的方式,求取黑体波段辐射亮度响应f(T),具有通用性。黑体波段辐射亮度响应的通用公式进一步完善了红外测温技术的基础理论。