热辐射

【实验目的】

通过实验了解热辐射现象以及影响它的因素。

【实验器材】

带热源的辐射立方体，热辐射传感器，窗玻璃，毫伏计，数字万用电阻表。

【实验原理】

一切物体都在辐射和吸收电磁波，辐射的电磁波能量与温度有关。如在常温下，金属所辐射的能量大部分在红外区，而温度达几百甚至上千K时，所辐射的能量主要集中在可见光区。

为了研究辐射规律，可以设想一个没有反射的物体，称为绝对黑体。通过绝对黑体，可以研究物体的热辐射现象。

对一处于热平衡下，温度为的绝对黑体，设在频率到范围内，所辐射的能量为，则

（78-1）

式中称为辐射能量密度函数。

【实验操作与现象】

1．物体表面不同的辐射率

（1）按图78-1所示正确连接电阻表和毫伏表。

图78-1

（2）打开热辐射立方体的电源开关，把功率开关置到“HIGH”既“高”的位置上，观察电阻表。当电阻表读数下降到40KW时，将功率开关打到5.0档的位置上。

（3）当热辐射立方体达到热平衡（电阻表的读数在一个相对确定的位置附近）的时候，用辐射传感器分别测量立方体的四个表面放射出的辐射数值。注意在测量时要使传感器的与立方体表面的距离是相同的。在相应的表格中记录测量值，同时也要测量和记录电阻的阻值，对照立方体下面的底座电阻值，确定相应的温度值。

表一

表二

（4）调节功率开关的档位，首先打到6.5，然后再打到8.0，最后定在“HIGH”位置上。在每一个功率设定值时都要等到热平衡，然后重复步骤（2）和（3），并且记录结果到相应的表格中。

（5）用辐射传感器测量房间里多种物体散射出的辐射的相对幅值，在另外一张纸上画一个表总结观察值。

2．热辐射吸收与传递

（1）将传感器放到距离立方体黑色表面约5cm的位置，记录读数。将一块窗玻璃放到传感器与白织灯中间。观察玻璃是否有效地阻挡了热辐射？

（2）拿去立方体的盖子或使用Stefan-Boltzmann灯，重复步骤（1）中的测量。但是使用不带盖子的白织灯而不是黑色的表面。然后用其它的材料重复相同的步骤。

【思考题】

1．对于“物体表面不同的辐射率”中第一部分，按照辐射量的大小顺序将立方体的各个表面列出来。这个顺序与温度是独立的吗？

2．一般来说，良好的辐射吸收者也是良好的辐射者。对于“物体表面不同的辐射率”中第一部分的测量结果，符合这个规律吗？

3．对于“物体表面不同的辐射率”中第二部分，在大约相同的温度下，是不是不同的物体辐射的量不同？

4．对于“物体表面不同的辐射率”中第二部分，你能否在房间中找到阻挡热辐射的物体？你能否在房间中找到不能阻挡热辐射的物体？

5．对于“热辐射吸收与传递”这一部分，你的结果是否显示了通过玻璃窗后的有热损耗现象？

6．对于“热辐射吸收与传递”这一部分，你的结果是否显示了温室效应？

【注意事项】

1．由于带热源的辐射立方体温度较高，操作时不要触摸实验仪器，以免烫伤自己。