热物理作业

发布 2022-06-26 07:44:28 阅读 8424

热物理学作业。

一、 角系数定义以及常见典型位置时的角系数计算公式。

角系数定义:表示一表面发出的辐射能中直接落到另一表面上的百分数。

称为对的角系数,表示辐射的能量落到上的百分数。

称为对的角系数。

角系数中的第一个角码指发射体,第二个角码指受射体。

角系数纯系几何因子,它取决于表面的几何特性(形状、尺寸及物体间的相对位置),与物体的性质和温度等条件无关。

微面积对微元面积的角系数为:

微面积对表面积的角系数为:

表面积对表面积的角系数为:

同理,表面积对表面积的角系数为:

可见:此式表示两表面在辐射换热时的互换性,这个性质称为角系数的相对性,也称为互换性。

二、 以wien定律解释为什么阳光间会产生温室效应。

温室气体对太阳辐射阻力小,对地表辐射阻力大的机理需结合维恩位(wien)移定律来分析。该定律指出:对应于最大光谱辐射力的波长λm与温度t之间存在如下关系:

mt=2.876×10-3 μm·k

维恩位移定律表明,温度越高,最大光谱辐射力的波长越短。由于太阳表面温度较高(约5 800 k),所以太阳辐射的能量主要分布在波长较短的可见光区和红外线区。可见光区的辐射能占太阳辐射总量的50%,红外线区的辐射能占43%。

在0.48μm的波长下,太阳辐射中的光谱辐射力达到最大值。而地球表面的温度较低(平均温度约为288 k),所以地球表面辐射的能量主要分布在波长较长的红外线区。

温室效应原指温室利用温室玻璃的传热特性使温室的温度维持在高于周围环境温度的现象,出现温室效应这一现象的关键在于温室玻璃对温室热量传递过程所产生的热阻作用。温室与太阳及周围环境间的热量传递过程可简化为如图1所示的稳定热量传递过程的模型。

在温室的稳定热量传递过程中,太阳以热辐射的方式传递给温室的辐射热流量等于温室对周围环境的散热热流量。在热流量、太阳温度、环境温度一定的条件下,温室的温度取决于太阳与温室间的辐射热阻和温室与环境间的散热热阻。与串联电路的电位与电阻之间的关系相似,在这个模型中的辐射热阻越小、散热热阻越大,温室的温度与环境温度之间差距越大。

温室的这2个热量传递环节,均是通过玻璃实现的,而玻璃对于太阳辐射的热阻较小;对于温室与环境间的散热阻力却较大。从而导致温室可维持较高的温度。地球在接受太阳辐射的同时,也不断向太空发射辐射能。

若忽略地球表面因各种原因所产生的热量,则地球与太阳以及太空之间的热量传递过程可简化为类似于温室的热量传递模型。太空的温度可认为是0 k。同理,地球表面的温度就取决于太阳与地球间的辐射热阻和地球与太空间的辐射热阻。

地面上空的大气层所起的作用与温室玻璃相似,它允许太阳辐射顺利到达地面,但阻碍地面向太空辐射散热。这就使地球表面的平均温度远远高于太空的0 k。目前常说的温室效应即指这种由于大气层对于太阳辐射的热阻较小而对于地球散热的热阻较大,导致地球表面温度较高的现象。

三、 公式转换。

1. 斯蒂芬玻尔兹曼定律,两黑表面间辐射换热计算。

2. 简便的“欧姆定律”形式。

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