熱輻射的本質_熱輻射的特點

除了熱傳導，熱輻射也是傳熱的重要方式。物質由分子、原子、電子等基本粒子組成，原子內(nèi)部的電子受激發(fā)或振動時，將產(chǎn)生交替變化的電場和磁場，發(fā)出電磁波向外界空間傳播，這就產(chǎn)生了輻射。由于激發(fā)的方法不同，所產(chǎn)生的電磁波波長也不相同，它們投射到物體上產(chǎn)生的效應也將不同。

通常將由于自身溫度或熱運動的原因而激發(fā)產(chǎn)生的電磁波傳播稱為熱輻射。電磁波的波長范圍從幾萬分之一微米到數(shù)千米，它們的名稱和分類如圖2-5所示。

圖2-5中，波長λ=0.38～0.76μm范圍的電磁波屬可見光線；波長λ《0.38μm的電磁波是紫外線、倫琴射線等；λ=0.76～1000/μm范圍的電磁波稱紅外線，紅外線又可以分近紅外和遠紅外，大體上可以20μm為界限，將波長在25μm以下的紅外線稱為近紅外線，波長在25μm以上的紅外線稱為遠紅外線；λ》1000μm的電磁波是無線電波。

通常把λ=0.1～100μm范圍的電磁波稱熱射線，其中包括可見光線、部分紫外線和紅外線，它們投射到物體上將會產(chǎn)生熱效應。需要注意的是，波長與各種效應之間是不能截然劃分的。工程上所遇到的溫度范圍一般在2000K以下，熱輻射的大部分能量位于紅外線區(qū)段的0.76～20μm范圍內(nèi)，在可見光區(qū)段內(nèi)熱輻射能量所占的比重不大。顯然，當熱輻射的波長大于0.76μm時，人的眼睛將無法看到。太陽輻射的主要能量集中在0.2～2μm的波長范圍內(nèi)，其中可見光區(qū)段占有很大比重。

熱輻射的本質決定了熱輻射過程有如下三個特點：

（1）輻射換熱與傳導換熱、對流換熱不同，它不依賴物體的接觸而進行熱量傳遞，如陽光能夠穿越遼闊的低溫太空向地面輻射，而傳導換熱和對流換熱都必須由冷、熱物體直接接觸或通過中間介質相接觸才能進行。

（2）輻射換熱過程伴隨著能量形式的兩次轉化，即物體的部分內(nèi)能轉化為電磁波能發(fā)射出去，當此電磁波能量射到另一物體表面而被吸收時，電磁波能又轉化為內(nèi)能。

（3）-切物體只要其溫度高于絕對零度，都會不斷地發(fā)射熱射線。當物體間有溫差時，高溫物體輻射給低溫物體的能量大于低溫物體輻射給高溫物體的能量，因此總的結果是高溫物體把能量傳給低溫物體。即使各個物體的溫度相同，輻射換熱仍在不斷進行，只是每一物體輻射出去的能量，等于吸收的能量，從而處于動平衡的狀態(tài)。