物理2-4热学4

《物理2-4热学4》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物理2-4热学4（44页珍藏版）》请在文档大全上搜索。

1、2022-5-301 杨甦办公室杨甦办公室74097409, ,5168834351688343 2022-5-3022022-5-303本章内容：本章内容： 18.1 热力学的基本概念热力学的基本概念 18.2 内能内能 功和热量功和热量 18.3 热力学第一定律及其应用热力学第一定律及其应用 2022-5-304传递热量传递热量Q 使系统状态改变使系统状态改变, ,是通过分子无规是通过分子无规则运动传递能量则运动传递能量 称为称为微观功微观功. .TCQdd C摩尔热容量摩尔热容量TCd CC 热容量热容量 12dTTTCQTQCdd 过程量过程量)(TCC 传热有三种方式传热有三种方式

2、热传导热传导 热对流热对流 热辐射热辐射2022-5-305热辐射现象热辐射现象 辐射能辐射能 黑体黑体连续的辐射能谱因温度而不同连续的辐射能谱因温度而不同2 辐出度辐出度M(T): 3 单色吸收比单色吸收比 (T)； 单色反射比单色反射比 (T)1 单色辐出度单色辐出度M : ddMM 0d)()( TMTM对于不透明物体有对于不透明物体有: :1)()( TT 黑体黑体: (T)=1; (T)=0 .& 单位单位: :W/m32022-5-306基尔霍夫基尔霍夫辐射定律的简要说明辐射定律的简要说明BAnA3A2A1T 把几个把几个温度不同温度不同的物体的物体B,A1,A2,An放入

3、与外界放入与外界隔绝隔绝的的真空真空封闭容器内封闭容器内各物体间互不接触。各物体间互不接触。 B是绝对黑体是绝对黑体A1,A2,An不是绝对黑体不是绝对黑体经一段时间后，这些物体与容器达到共同温度经一段时间后，这些物体与容器达到共同温度T。热平衡状态热平衡状态 平衡热辐射平衡热辐射1.1.相同温度下，不同物体的辐出度不同相同温度下，不同物体的辐出度不同吸收系数也应不同吸收系数也应不同. .2 2.辐出度较大的物体吸收系数也必然较大辐出度较大的物体吸收系数也必然较大. .2022-5-307 可见了解可见了解黑体黑体的单色辐出度随波长和温度的变的单色辐出度随波长和温度的变化规律很重要化规律很重要

4、. .黑体是理想模型黑体是理想模型, ,近似黑体如图近似黑体如图: :基尔霍夫定律基尔霍夫定律: :在同样温度下在同样温度下, ,各种不同物体对各种不同物体对相同波长的单色辐出度与单色吸收比的比值都相等相同波长的单色辐出度与单色吸收比的比值都相等, ,并等于该温度下并等于该温度下 黑体黑体 对同一波长的单色辐出度对同一波长的单色辐出度. . )()()()(2211TTMTTM 实验用类似模型可以控制不同的实验用类似模型可以控制不同的恒定温度恒定温度, ,并设置色散装置并设置色散装置, ,可测可测量黑体的单色辐出度量黑体的单色辐出度. .& 0 M 2022-5-308测量物体的单色辐

5、出度的测量物体的单色辐出度的实验装置实验装置AL1B1PB2L2C2200k2000k1800k1600k nmM 0 (T) (Wcm-3 m-1 )0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.070605040302010黑体的单色辐出度的实验黑体的单色辐出度的实验 测量结果测量结果: :2022-5-309黑体的总辐出度黑体的总辐出度 000d)()( TMTM40)(TTM 斯特藩斯特藩常量常量 =5.67 10-8 W/( m2 K4)2200k2000k1800k1600k& 实验曲线下的面积实验曲线下的面积p2732022-5-3010其中其中 常量常量b =2.897 10

6、-3 m K2200k2000k1800k1600k实例实例: :炉火烧热的铁条炉火烧热的铁条, ,温度升高温度升高, ,由红变白由红变白. .黑体单色辐出度黑体单色辐出度M 的的极大值极大值对对应的波长应的波长 m与温度的关系有与温度的关系有bTm m2022-5-30111.若太阳近似看作黑体若太阳近似看作黑体,从太阳光谱测得从太阳光谱测得m49.0 mK59001049. 010897. 263 mbT 太阳表面温度太阳表面温度2.地球表面温度约为地球表面温度约为300 K m1030010897. 23 Tbm说明地面的热辐射主要处在说明地面的热辐射主要处在红外波段红外波段红外遥感红外

7、遥感. 简单估算简单估算: :(红外区红外区)关于色温度关于色温度( (简称色温简称色温):):应用于彩色摄影应用于彩色摄影, ,摄像摄像. .色温计色温计, ,户外日光色温户外日光色温, ,室内室内 2022-5-3012现代科技中的热辐射应用现代科技中的热辐射应用: :高温高温( (如太阳表面的温度如太阳表面的温度) )测测量量( (辐射高温计辐射高温计, ,光测高温计光测高温计) )、遥感、红外追踪等、遥感、红外追踪等. .宇宙背景辐射和宇宙形成的大爆炸理论。宇宙背景辐射和宇宙形成的大爆炸理论。Penzias&Wilson2022-5-3013:实验测得波谱的实验测得波谱的 m=

8、490nm,若将太阳视为黑体若将太阳视为黑体,试计试计算算(1)太阳单位表面积上所发射的功率太阳单位表面积上所发射的功率,(2)地球表面阳光地球表面阳光直射时单位面积受到的辐射功率直射时单位面积受到的辐射功率,(3)地球每秒接受的地球每秒接受的太太阳辐射能阳辐射能.(已知太阳半径已知太阳半径Rs =6.96 108m,地球到太阳的距离地球到太阳的距离d = 1.496 10 11m.)解解: :根据维恩位移定律根据维恩位移定律 T m=b 得得 mbT 再根据斯特藩再根据斯特藩- -玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律 40TM mKm931049010897. 2 K3109 . 5 27438/108

9、7. 6)109 . 5(1067. 5mW 2022-5-3014sunearthd2022-5-3015M0即太阳单位表面发射的功率即太阳单位表面发射的功率, 太阳辐射的总功率太阳辐射的总功率282720)1096. 6(41087. 64mmWRMPss 太阳辐射的总功率分布在以太阳为中心的球面上太阳辐射的总功率分布在以太阳为中心的球面上, ,地球表面单位面积接受的功率地球表面单位面积接受的功率 24 dPPsE 由于由于d RE,故地球可看作圆盘接受辐射故地球可看作圆盘接受辐射, 2EEERPP W26102 .4 21126)10496. 1 (4102 . 4mW 23/1049.

10、 1mW 2623)1037. 6(/1049. 1mmW W171090. 1 2022-5-3016: 接上题接上题 的结论的结论,在地球表面太阳光的强度为在地球表面太阳光的强度为(保守一点保守一点)23100 . 1mWI 一太阳能水一太阳能水 箱的涂黑面直对太阳箱的涂黑面直对太阳.若按黑体辐射计算若按黑体辐射计算,达到热平衡时达到热平衡时,水箱内的水温可达几摄氏度水箱内的水温可达几摄氏度?解解:达到热平衡时达到热平衡时,水箱内吸热水箱内吸热,放热相等放热相等.即即40)(TTMI IT 4K364 C91 2022-5-3017黑体辐射单色辐出度实验结果黑体辐射单色辐出度实验结果nmM

11、 00 1 2 3 4 5从理论找出符合实验的函数关系从理论找出符合实验的函数关系1893年年,维恩维恩参照麦克斯韦速率参照麦克斯韦速率分布函数给出分布函数给出TCeCTM 2510)( 维恩理论曲线如图，短波部分符合很好，长波区差一些维恩理论曲线如图，短波部分符合很好，长波区差一些. .后来后来, ,瑞利瑞利和和金斯金斯把能量均分定理用于电磁辐射把能量均分定理用于电磁辐射, ,得到得到TCTM430)( 理论曲线如图，波长很长时与实验相符理论曲线如图，波长很长时与实验相符.(.(紫外紫外灾难灾难) )M.Planck 德国人德国人18581947p2712022-5-3018假设假设辐射黑体