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5-3.關於熱輻射的波長

絕對溫度為 0K(開爾文)或更高的物體會以電磁波的形式輻射與物體溫度相對應的波長。接收到這種電磁波的物體已經接收到熱量。這種熱傳遞稱為熱輻射。物體的熱輻射因表面溫度和表面狀況而有很大差異。
根據普朗克定律,熱輻射的能量畫出一條向上凸出的拋物線,在頂點處波長最大,輻射出從短波到長波的寬範圍電磁波。溫度越高,每個波長的輻射能量密度就越高。

關於熱輻射的波長

在上圖中,黑體中每單位面積和單位波長的輻射能量密度 W (λ, T) 由以下公式計算得出。

W (λ, T) = 8πhc / λ5 / (exp (hc / λkT) -1) [w / m2]
Λ:波長[m] h:普朗克常數6.626×10^-34[J·s] c:光速3×10^8[m/s]
K:玻爾茲曼常數 1.3807 × 10 ^ -23 [J/K] T:黑體溫度 [K]

關於熱輻射的波長

熱輻射的最大波長與加熱元件的溫度成反比。考慮到加熱器的發熱體溫度,發熱體溫度高時,會發出近紅外區波長最大的電磁波(光),高時,會發出波長最大的電磁波(光)。遠紅外區域的最大波長。在這些電磁波中,熱輻射在λ0.4μm(可見光)到100μm(遠紅外線)的範圍內。

最大熱輻射波長 λmaxT = 2.90 × 10 ^ -3 / T (K) m 維恩位移定律

溫度 T 下黑體的輻射能量由斯特藩-玻尔兹曼定律表示如下。
Eb = σ (Stefan-Boltzmann 常數:5.67 × 10 ^ -8) × T (物體溫度) ^ 4 [W/m2] 由於輻射能與絕對溫度的四次方成正比,因此即使與對流或熱傳導的加熱相比,它也隨溫度發生顯著變化。如果物體溫度在常溫,輻射的能量可以忽略不計,但溫度越高,差異越大,輻射加熱越有利。

關於熱輻射的波長

當周圍環境絕對為零 (0K) 時,Eb = 5.67 × 10 ^ -8 × T ^ 4 [W / m2] 成立。
本公式中環境溫度為0K,無差異,故省略為“物體溫度-環境溫度(0K)”。如果輸入 0K,則公式如下。
“Eb = 5.67 × 10 ^ -8 × (T(物體溫度) -T(環境溫度(0K)) ^ 4) [W/m2] 因此,實際能量輻射密度是物體溫度減去環境溫度所得值的四倍。 ”

[參考] 黑體是一種理想的物體,它可以完全吸收從外部入射的所有波長的電磁波並散發熱量。黑體並不存在,但它是解釋自然科學時經常出現的重要模型。

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