輻射度和光度學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

1、關(guān)于輻射度與光度學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)第一張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月牛頓微粒說根據(jù)光直線傳播現(xiàn)象，對(duì)反射和折射做了解釋不能解釋較為復(fù)雜的光現(xiàn)象：干涉、衍射和偏振波動(dòng)理論惠更斯、楊氏和費(fèi)涅耳等 1690年解釋光的干涉和衍射現(xiàn)象法拉第猜測(cè)光與電磁的存在一定關(guān)系麥克斯韋電磁理論：光是一種電磁波1.1 光的基本性質(zhì)第二張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月光量子說1900年普朗克在研究黑體輻射時(shí)，提出輻射的量子論。1905年，愛因斯坦在解釋光電發(fā)射現(xiàn)象時(shí)提出光量子的概念。光子的能量與光的頻率成正比光具有波粒二象性1.1 光的基本性質(zhì)第三張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月輻射能Qe 一種

2、以電磁波形式發(fā)射、傳播或接收的能量。單位：焦耳J輻射通量e單位時(shí)間內(nèi)通過一定面積發(fā)射、傳播或接收的能量，又稱輻射功率Pe，是輻射能的時(shí)間變化率。單位：瓦輻射強(qiáng)度e點(diǎn)輻射源在給定方向上通過單位立體角內(nèi)的輻射通量。單位：瓦每球面度W/Sr1.2 輻射度的基本物理量第四張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月1.2 輻射度的基本物理量Sd d e若點(diǎn)輻射源是各向同性的，即其輻射強(qiáng)度在所有方向上都相同，則該輻射源在有限立體角內(nèi)發(fā)射的輻射通量為e=Ie ；在空間所有方向上發(fā)射的輻射通量為e=Ie 4圖1-1 點(diǎn)輻射源的輻射強(qiáng)度第五張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月輻射出射度e 擴(kuò)展輻射源單位面

3、積所輻射的通量（也稱輻射本領(lǐng)）。單位：W/m2輻射照度 Ee投射在單位面積上的輻射通量。單位:W/m21.2 輻射度的基本物理量注意：輻射出射度和輻射照度的表達(dá)式和單位完全相同，其區(qū)別在于前者描述面輻射源向外發(fā)射的輻射特性，而后者描述輻射接收面所接收的輻射特性。第六張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月1.2 輻射度的基本物理量輻射亮度e 輻射表面定向發(fā)射的輻射強(qiáng)度。單位:W/m2Sr光譜輻射通量e（） 輻射通量的光譜密度，即單位波長(zhǎng)間隔內(nèi)的輻射通量。 單位： W/me（）0 +d e()=d e / d 圖1-2 光譜輻射通量與波長(zhǎng)關(guān)系第七張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月基本輻

4、射度量的名稱、符號(hào)和定義方程第八張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月發(fā)光強(qiáng)度Iv發(fā)出波長(zhǎng)為555nm的單色輻射，在給定方向上的輻射強(qiáng)度為1/683（Wsr-1）時(shí)，在該方向上的發(fā)光強(qiáng)度規(guī)定為1cd。單位：坎德拉（Candela）cd，它是國(guó)際單位制中七個(gè)基本單位之一。光通量v光強(qiáng)度為1cd的均勻點(diǎn)光源在1sr內(nèi)發(fā)出的光通量。單位：流明lm。光照度Ev單位面積所接受入射光的量 ，單位：勒克斯 lx，相當(dāng)于 1平方米面積上接受到1個(gè)流明的光通量。 1.3 光度量的基本物理量第九張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月光度量和輻射度量的定義及表達(dá)式是一一對(duì)應(yīng)的。輻射度量下標(biāo)為e，例如Qe，e

5、，Ie，Me，Ee，光度量下標(biāo)為v，Qv，v，Iv，Lv，Mv，Ev。光度量只在可見光區(qū)（nm)才有意義。輻射度量和光度量都是波長(zhǎng)的函數(shù)。1.3 光度量的基本物理量結(jié)論第十張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月晴天陽光直射地面照度約為100000lx晴天背陰處照度約為10000lx晴天室內(nèi)北窗附近照度約為2000lx晴天室內(nèi)中央照度約為200lx晴天室內(nèi)角落照度約為20lx陰天室外50500lx陰天室內(nèi)550lx月光（滿月）2500lx日光燈5000lx電視機(jī)熒光屏100lx閱讀書刊時(shí)所需的照度5060lx在40W白熾燈下1m遠(yuǎn)處的照度約為30lx晴朗月夜照度約為0.2lx黑夜0.001l

6、x第十一張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月什么是黑體？（1）在任何條件下，完全吸收任何波長(zhǎng)的外來輻射而無任何反射的物體 （2）吸收比為1的物體 （3）在任何溫度下，對(duì)入射的任何波長(zhǎng)的輻射全部吸收的物體 黑體輻射（black-body radiation） 1.4 黑體輻射第十二張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月1.黑體概念黑體：是指能吸收投入到其面上的所有熱輻射能的物體，是一種科學(xué)假想的物體，現(xiàn)實(shí)生活中是不存在的。但卻可以人工制造出近似的人工黑體。黑體模型1.4 黑體輻射圖1-3 黑體模型第十三張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 既然現(xiàn)實(shí)世界不存在這種理想的黑體，那么用

7、什么來刻畫這種差異呢? 對(duì)任一波長(zhǎng)，定義發(fā)射率為該波長(zhǎng)的一個(gè)微小波長(zhǎng)間隔內(nèi)，真實(shí)物體的輻射能量與同溫下的黑體的輻射能量之比。 顯然發(fā)射率為介于0與1之間的正數(shù)，一般發(fā)射率依賴于物質(zhì)特性、 環(huán)境因素及觀測(cè)條件。如果發(fā)射率與波長(zhǎng)無關(guān)，那么可把物體叫作灰體(grey body)， 否則叫選擇性輻射體。 1.4 黑體輻射第十四張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月2.黑體輻射的三個(gè)基本定律（1）普朗克輻射定律式中， 波長(zhǎng)，m ； T 黑體溫度，K ； c1 第一輻射常數(shù)，3.74210-16 Wm2； c2 第二輻射常數(shù)，1.438810-2 WK；圖1-4是根據(jù)上式描繪的黑體光譜輻射度與波長(zhǎng)和溫

8、度的變化關(guān)系。m與T 的關(guān)系由Wien位移定律給出，圖1-4 普朗克定律圖示1.4 黑體輻射第十五張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）斯忒藩玻爾茲曼定律式中，= 5.6710-12 w/(cm2K4)，是Stefan-Boltzmann常數(shù)。黑體輻射函數(shù)黑體在波長(zhǎng)1和2區(qū)段內(nèi)所發(fā)射的輻射度，如圖1-5所示。 圖1-5 特定波長(zhǎng)區(qū)段內(nèi)的黑體輻射1.4 黑體輻射第十六張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月（3）維恩位移定律峰值光譜輻射出度Me,s, m所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)m與絕對(duì)溫度T的關(guān)系。1.4 黑體輻射第十七張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月例：太陽可以看成黑體，地球上測(cè)出其

9、峰值波長(zhǎng) 為 m=5100，則其表面溫度和輻出度為多少？ 1.4 黑體輻射第十八張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月1、溫度范圍廣：- 80 1600，發(fā)射率優(yōu)于0.995；2、實(shí)用性強(qiáng)：主要用于校準(zhǔn)、檢定輻射溫度計(jì)、紅外測(cè)溫、紅外熱像儀和輻射溫度傳感器、探測(cè)器等； 3、可溯源性：外部配備標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻（或熱電偶）及獨(dú)立的顯示表做為標(biāo)準(zhǔn)器顯示黑體腔內(nèi)實(shí)際溫度值，這樣只需將標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻（或熱電偶）送上級(jí)計(jì)量部門檢定，這將最大限度的減少了溯源傳遞過程中所造成的不確定度，不需將整臺(tái)儀器送檢，方便工作； 4、體積小巧，便于攜帶。黑體爐優(yōu)點(diǎn)：1.4 黑體輻射第十九張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6

10、月主要技術(shù)指標(biāo)：1）黑體腔口發(fā)射率2）輻射溫度準(zhǔn)確性3）腔體內(nèi)壁面溫度均勻性1.4 黑體輻射第二十張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月對(duì)于輻射式溫度計(jì)，它是以絕對(duì)黑體的輻射能為基準(zhǔn)對(duì)儀器進(jìn)行分度的，所以儀器測(cè)出的值稱為輻射溫度。輻射溫度的定義：黑體的總輻射能等于非黑體的總輻射能時(shí)，此黑體的溫度即為非黑體的輻射溫度。根據(jù)全輻射強(qiáng)度定理，總輻射能相等，則有：輻射測(cè)溫因?yàn)榉呛隗w全輻射黑度系數(shù)T 1，則TFT因此用輻射溫度計(jì)測(cè)出的溫度要比物體的真實(shí)溫度低。第二十一張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月因?yàn)閷?shí)際物體的單色黑度系數(shù)和全輻射黑度系數(shù)的數(shù)值相差很大，但是對(duì)同一物體的不同波長(zhǎng)的單色黑度系數(shù)和來說，其比值的變化卻很小。所以用比色溫度計(jì)測(cè)得的溫度稱為比色溫度，它與物體的真實(shí)溫度很接近，一般可以不進(jìn)行校正。定義：黑體輻射的兩個(gè)波長(zhǎng)1和2的光譜輻射亮度之比等于非黑體的相應(yīng)的光譜輻射亮度之比時(shí)，則黑體的溫度即為這個(gè)非黑體的比色溫度TS。輻射測(cè)溫第二十二張，PPT共二十五頁