辐射

什么是辐射?

  自然界中的一切物体,只要温度在绝对温度零度以上,都以电磁波的形式时刻不停地向外传送热量,这种传送能量的方式称为辐射。物体通过辐射所放出的能量,称为辐射能,简称辐射。

    辐射有一个重要的特点,就是它是“对等的”。不论物体(气体)温度高低都向外辐射,甲物体可以向乙物体辐射,同时乙也可向甲辐射。这一点不同于传导,传导是单向进行的。

    辐射能被体物吸收时发生热的效应,物体吸收的辐射能不同,所产生的温度也不同。因此,辐射是能量转换为热量的重要方式。

    辐射是以电磁波的形式向外放散的。是以波动的形式传播能量。无线电波和光波都是电磁波。它们的传播速度很快,在真空中的传播速度与光波(3×1010厘米/秒)相同,在空气中稍慢一些。

    电磁波是由不同波长的波组成的合成波。它的波长范围从10E-10微米(1微米=10E-4厘米)的宇宙线到波长达几公里的无线电波。Υ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线,超短波和长波无线电波都属于电磁波的范围。肉眼看得见的是电磁波中很短的一段,从0.4-0.76微米这部分称为可见光。可见光经三棱镜分光后,成为一条由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色组成的光带,这光带称为光谱。其中红光波长最长,紫光波长最短,其它各色光的波长则依次介于其间。波长长于红光的(>0.76微米)有红外线有无线电波;波长短于紫色光的(<0.4微米)有紫外线,Υ射线、X射线等。这些辐射虽然肉眼看不见,但可用仪器测出。

    太阳辐射波长主要为0.15-4微米,其中最大辐射波长平均为0.5微米;地面和大气辐射波长主要为3-120微米,其中最大辐射波长平均为10微米。习惯上称前者为短波辐射,后者为长波辐射。

辐射的规律

  辐射也是有规律可循的。这些规律大致可以归纳为下列四点:

(1)所有物体不论其温度如何,都向外放射辐射能。高温的太阳和地球都在不停地向外辐射能量。

(2)温度较高的物体单位面积放射的总能量,要比温度低的物体放射多。如太阳表面温度为6000°K,而地球表面的平均温度为288°K,因而,太阳表面单位面积上放射的能量要比地球表面放射的能量大几百万倍。

(3)物体温度愈高,其放射的最大辐射的波长愈短;反之,物体的温度愈低,其放射的最大辐射波长愈长。例如,太阳放射的最大辐射波长0.5微米,而地球放射的最大辐射波长为10微米。

(4)辐射能力强的物体,其吸收辐射的能力也强;反之,辐射能力弱的物体,吸收能力也弱。黑体吸收能力最强,放射能力也最强。地球和太阳,对于它们各自的温度而言,都是吸收和放射能力很强的物体,可看作是近似黑体。而地球大气则是选择性的吸收和辐射体。对于某种确定波长的辐射可让其透过(即不吸收);对于另外波长的辐射,则近乎不透明的(即吸收很强)。