②单色辐出度:波长在 附近单位波长间隔内,物体表面单位面积在单位时间内所发射的辐射能。该物理量反映了在不同温度下物体的辐射能按波长的分布情况。
③辐出度:从物体表面单位面积上单位时间内所发射的所有波长的总辐射能,从辐出度的定义,我们可以知道,对于一个大小、形状、材质确定的物体,辐出度的大小只和温度有关。但对于不同的物体,尤其是在物体表明情况存在差异时,在相同温度时,单色辐出度的量值是不相等的,因此辐出度的量值也不会相等。
基尔霍夫经过反复实验、思考、和总结,得到了基尔霍夫定律,即在同样温度下,各种不同物体对相对波长的单色辐出度与单色吸收比之比值都相等,并等于该温度下黑体对同一波长的单色辐出度。通俗的讲,这个定律说明说明好的吸收体,也是理想的辐射体。
1.2.2 黑体辐射的实验定律
根据基尔霍夫定律,我们可以知道,要想了解一般物体的热辐射性质,只需知道黑体的辐出度和物体的吸收比。
但在自然界中,绝对黑体是不存在的。即便是吸收比最大的煤烟和黑色珐琅质,对太阳光的吸收比也不超过99%,所以黑体也是一种理想化模型,就像质点、刚体和理想气体等模型一样,。所以物理学家们利用黑体模型,用实验的方法测定了黑体的单色辐出度,并且根据实验曲线,得到以下两条黑体辐射的实验定律。
①斯特藩—玻尔兹曼定律:任何一个黑体的总辐出度与其本身绝对温度的四次方成正比,此定律只适应于黑体,对其它一般物体是不成立的。这个定律反映了热辐射的功率随着温度的升高而迅速增加。物体的温度越高,其总的辐射能越大。
②文恩位移定律:对于一个确定温度的物体,单色辐出度有一最大值。相对应的波长称为峰值波长。随着温度T的升高,最大峰值波长 向短波方向移动,两者之间的关系经试验确定为: ,式中b=2.897 。该定律反映出热辐射的峰值波长,还随着温度的升高而向短波方向移动。这个定律可以很好的解释冶炼铁块时,铁块颜色随温度变化的原因。
根据以上定律,我们可以定性了解太阳光的热辐射性质和太阳光光谱能量的分布。
1.2.3 光的吸收
研究物体的吸热,了解光的吸收的基本理论是必要的,外墙涂料所吸收的热量绝大部分来源于太阳光所辐射出来的能量。
光的吸收由一般吸收和选择吸收两种吸收组成。一般吸收的特点是,在对某一给定波段内的吸收几乎是不变的,并且吸收的量很少。选择吸收的特点是吸收得很多,并且随波长剧烈变化。因此,吸收光辐射是物质的一般属性。比如,石英对可见光的吸收甚少,而对某一波段的红外光有强烈的吸收[8]。
光通过物质时,光波的电矢量使物质结构中的带电粒子做受迫振动,光的一部分能量用来供给这种受迫振动所消耗的能量。这时物质粒子若和其他原子发生碰撞,振动能量就可能转变为平动动能,使分子热运动的能量增加,因而物体发热,这部分光能量转化为热能。
2. 实验
研究背景:目前隔热保温涂料是热门的研究方向,而涂料的颜色对其吸热性能有一定影响,不同颜色对太阳光的不同光谱成分有一般吸收和选择性吸收。涂料的颜色不仅具有装饰美观的作用,而且不同颜色的吸热性能的大小对涂料的保温隔热也是有影响的。所以研究这个课题有很大应用价值。
2.1 实验设计方案
实验原理:
研究外墙涂料颜色的吸热性能,具有很重要的实际意义。而外墙涂料主要是在太阳光的照射下,吸收太阳光的辐射出来的能量。根据热辐射的基本性质和太阳光能量光谱的分析:按波长由大小分布,太阳光辐射可以分为紫外线辐射、可见光和红外辐射。紫外线的波长小于400 nm,约占太阳总能量的5%。可见光波长在400~760 nm,约占太阳总能量的45%。而红外线的波长大于760 nm,约占太阳总能量的50%。显然,太阳的辐射能主要集中在可见光区和红外区。
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