請問一下蛇麼是熱輻射光譜

可以幫我解釋出清楚的定義ㄇ?因為我一直搞不懂這是蛇ㄇ東西

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  • 2 decades ago
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    當一物質的兩個部分各別保持在不同的溫度(或說與兩個不同溫度的熱庫接觸),則能量在這兩部分之間的物質傳遞。實驗上證實在這兩者之間溫度是連續分部的。由於溫度不相同而在臨近區域傳遞能量的現象是為熱傳導。下圖的結果是

    dθ/dx是溫度梯度,K為熱傳導係數(當溫差不大時可以被是為常數)。負號是因為熱傳導的方向與溫度由高而低的方向相反,及溫度梯度是小於零。

    K基本上為溫差的函數,熱傳導係數在當熱庫溫差不大時可以被視為常數。

    4-12 熱傳導係數

    樣品為金屬時,製成圓柱型,熱傳導係數,K,的測量方法如下圖所示。一端用電熱絲加熱保持定溫,另一端以水流保持定溫。熱由高溫端流向低溫時,且絕大多數的能量將由水帶走以保持定溫,對金屬而言,表面散失的能量相較之少許多。

    若為非金屬,則製成薄盤型並用銅板夾住樣品,同金屬一樣,一端用電熱絲加熱保持定溫,另一端以水流保持定溫。

    問題: 氣體和液體的熱傳導係數,K,如何測?

    影響熱傳導係數,K,的因素

    一) 熱傳導係數,K,一般為溫度的函數,

    二) 也因材料之結構改變而改變(如加溫或加壓使之相變),

    三) 金屬熱傳導係數對雜質的存在也極端的敏感(如銅中攙有少許砷則K減小一千倍)。

    四) 對固體和液體而言,其熱傳導係數對適中的壓力的變化不敏感。

    五) 固體液化時,熱傳導係數減小。

    六) 多數液體其熱傳導係數隨壓力的增加而變小,隨溫度的增加而增加。

    七)非金屬之熱傳導係數在常溫時很小且特性與液體類似,也隨溫度之增加而增加。

    八) 非金屬之熱傳導係數在常溫時,一般較小,但在低溫時情況就不同了。見圖4-8中藍寶石與固態氦的曲線。

    九) 氣體是較差的熱導體,見4-8圖中的氦氣曲線。

    4-13 對流(Convection)

    流動的氣體或液體可以在某處吸收熱量,然後移到另處將熱傳遞出去,這樣的現象是對流。如果是因為流體因不同密度而造成溫差,所產生對流的氣體或液體是為自然對流。例如???如果是因邦浦或風扇的作用所產生對流的氣體或液體是為強迫對流。例如???

    由上圖知

    h是對流係數,A是牆的面積,Dq是流體與牆的溫差。 影響對流係數的因素有: 見課本

    4-14 熱輻射(Thermal Radiation)

    熱的固體或液體放出電磁波的現象,稱之為熱輻射。熱的物質所放出的電磁波經光譜分析知是連續光譜,同一種物質在不同的溫度的情況下其熱輻射之光譜的分佈(波長範圍)會不同。如在500℃時,一般物質其多光譜分佈在紅外線附近,當溫度增高時光譜的分部會趨進可見光區。總之溫度愈高,熱輻射的總能量愈高,光譜的分佈愈趨向短波長。物體可以由輻射傳出熱量,而溫度降低。也可以吸收輻射熱量而升高溫度。實驗上的觀察證明知熱輻射率與熱輻吸收率和物體的溫度及表面的特質有關。(一般而言由外界傳來之熱輻射是各向同性可以被物體反射、吸收和透射。)

    Radiant exitance = R = total radiant power emitted per unit area.→輻射度 例如鎢在2177℃是500 kW/m2。

    absorptivity = a = fraction of the total energy of isotropic radiation that is absorbed.→吸收率。例如鎢在2477℃是0.25。

    Blackbody (黑體): 黑體是指吸收率等於1的物質,也就是可以吸收所有的熱輻射的物體。→這是一種理想物質,並不真實存在,但實驗可以找到非常近似的物體。什麼樣的裝置是接近黑體呢?下圖所示

    黑體的熱輻射與材料本身的性質無關,而,如下所述得知、其僅與溫度有關。被輻射度 H(Irradiance) 是指照射在空腔中任何單位面積上、單位時間內的輻射量。對黑體而言,單位面積所吸收之輻射功率等於,()。

    當黑體的溫度保持一定時,也就是黑體本身與外界達成熱平衡(所吸收之熱輻射等於所發出之熱輻射,熱的流出與流入是相等的),這也就是說黑體所發出之輻射,,與其所吸收之熱輻射是的一樣多;即

    The irradiance within a cavity whose walls are at the temperature θis equal to the radiant exitance of a blackbody at the same temperature.→The radiation within a cavity is called Blackbody Radiation. 因為H與物質本身的特性無關,所以黑體輻射度只是溫度的函數。任何黑體若其溫度相等,則熱輻射率相同,輻射光譜也相同,這種輻射與物質無關。稱之為黑體輻射。

    4-15 Kirchhoff's Law: Heat Radiation

    克希何夫定律是指:物體之吸收率等於輻射度比同溫度之黑體輻射度即 【The gain or loss of internal energy, equal to the difference between the energy of the thermal radiation which is absorbed and that which is radiated, is called heat.】當一系統或物體與外界有溫差時、且無作功、無熱傳導或對流的現象時;與外界達成熱平衡過程中,內能的增加或減少等於輻射出的能量與所吸收之輻射兩者之間的差值,此內能的改變稱之為熱。

    放入空腔的物體的大小與空腔相比小很多,物體本身單位面積單位時間內所放出之輻射熱為熱輻射度,R,而單位面積單位時間所吸收之輻射熱為αH,此兩者並不相等,此兩者之差恰等於單位面積單位時間的熱,此熱是經由熱輻射所轉換而成的。設物體之總表面積為A,是dt時間內被轉換的熱,則

    H是黑體空腔的被輻射度與qw有關。且

    而,所以:

    上式說明熱經由熱輻射傳遞的速率正比於兩個不同黑體(一在溫度θw而另一在θ)輻射度的差值。

    4-16 Stefan-Boltzmann Law

    Stefan-Boltzmann Law 是先根據實驗的結果所作成的結論,後有理論推導證明黑體輻射度與絕對溫度的四次方成正比。即

    其中s是Stefan-Boltzmann 常數。也就會有下式

    如何測量Stefan-Boltzmann 常數?兩個簡單的方法:一) 非平衡的方法:

    將銅半圓冷卻至會有水氣凝結同時阻斷外界熱輻射,然後打開銅半圓讓銀接受輻射升溫,銀升溫的梯度,,可以測知,且熱的傳遞是。則

    因為將塗黑的銀視為黑體,故上式中α=1。

    二) 平衡的方法 一中空塗黑的銅球內部有溫度計及電熱器保持在θw的平衡溫度後,開動加熱器使溫度升至θ。若假設整個球是黑體,則

    r為球的半徑。

    Source(s): 自己
  • 2 decades ago

    光譜的發現

    光譜研究的鼻祖是鼎鼎大名的科學家牛頓,1663 年,當他還是一個劍橋大學 21 歲的大學生時就開始研究色與光的問題。三年後,他做了有名的三稜鏡光散射實驗,將一束太陽光經一塊三角形玻璃稜鏡折射後,在牆上分布成紅﹑橙﹑黃﹑綠﹑藍﹑靛﹑紫等七色的彩色光帶。當再倒放一個三稜鏡於第一個三稜鏡後面時

    ,各顏色又重新組合成為一束白光。

      1672 年,在倫敦皇家學會上發表的第一篇論文「光和色的新理論」中,牛頓將這種彩虹色帶命名為光譜 (Spectrum),並正確的解釋了它的成因:日光原是各種色光混合而成的,由於各色光的折射率不同,所以通過三稜鏡時被色散開來。他的說法澄清了亞理斯多德以來對於色與光的種種臆測與妄斷。其實牛頓並不是第一位觀察到這種色散現象的人,早在西元一世紀時,羅馬最偉大的政治家兼哲學家西尼卡 (L.A.Senica 4 BC-65 AD),就曾在他歸類整理的七卷「自然界問題」中提到,當陽光照過一塊角形的玻璃時,會呈現彩虹

    的全部顏色,只是西尼卡認為那是玻璃將白光「著色」的結果。

    今日我們已知所有紅﹑橙﹑黃﹑綠﹑藍﹑靛﹑紫等七色光都是本質相同的電磁波,其唯一的差異只是波長不同,紅光波長最長,約 7500 埃 (1 埃= 一億分之一公分),紫光波長最短,約 4000 埃左右。這是我們人類視覺感官所能看見的範圍,稱為可見光 (Visible Light,簡寫為 VIS)。至於在這可見光譜的兩端還有什麼,既是人類眼睛所不可見,也就沒有人想到要去探究它了!

    事隔一個多世紀,到 1800 年,德裔英國天文學家威廉.赫瑟爾爵士 (Sir WilliamHerschel 1738-1822) 做了一個有趣的實驗,他將一個非常靈敏的溫度計放在經稜鏡色散開來的光譜中,測量各色光的溫度。結果發現愈向紅光方向溫度愈高,而且超出紅光後,在沒有色光的地方,溫度還繼續升高,他推斷在紅光之外一定還有一種我們人類肉眼所看不見的輻射光,就這樣發現了波長比紅光更長的「紅外線」(Infrared,簡寫為 IR)。 紅外線具有較強的熱效應,因此也叫「熱線」。

    說起赫瑟爾這個人可真不簡單,他原是一名風琴師,中年後熱中於天文研究,以自製的高倍率望遠鏡觀測星空,在 1781 年發現了天王星而名噪一時。在四十多年孜孜不倦的「日有所思,夜有所見」的鑽研中,發展出「宇宙群島論」與「天體演化論」,並發現了天王星的兩個衛星﹑土星的兩個衛星﹑2500 個以上的星雲﹑星團,以及近 850 顆雙星。其妹卡洛琳 (Caroline.L.Herschel 1750-1848) 以及他也受封爵的獨子約翰.赫瑟爾 ( Sir John Herschel 1792-1871),都是獨當一面的大天文學家,對天文學的發展各有許多重大的貢獻,倍受尊敬與推崇。大英與大美百科全書皆各有列傳。

    紅外線發現的第二年,1801年,德國的物理學家里特爾 (J.W.Ritter 1776-1810) 研究氯化銀的光敏現象,發現氯化銀如一般所知的,在可見光照射時會分解,但當暴露在可見光譜的紫端外側時,分解得更快。他因而推斷在紫光之外一定也有一種我們人類肉眼所看不見的輻射光,那就是波長比紫光更短的紫外線(Ultraviolet,簡寫為 UV)。紫外線具有較強的化學效應,因此也叫「化學線」。其實里特爾最大的專長是電化學,1800 年伏打電池剛發明,他就首先利用它來進行電鍍,1802 年又首先製造出乾電池,次年更發明一種蓄電池,可惜天不假年,因貧病交迫,以 33 歲的英年辭世。

    1864 年,蘇格蘭物理學大師馬克士威 (J.C.Maxwell 1831-1879) 綜合庫侖﹑安培及法拉第的電磁場概念,以一套完整的合於邏輯的數學方程式,發展出重要的電磁學理論,預言了電磁輻射的存在,指出電磁輻射是藉波動型式以光速傳播,並將光視為一種電磁波。1888 年,德國物理學家赫茲 (H.R.Hertz 1857-1894) 在實驗室中產生了無線電波,測其波長和速度,發現其振動性以及反射﹑折射等特性皆與光波﹑熱波等毫無二致,而證明了馬克士威的理論-光和熱都是電磁輻射的一種型式。即光﹑熱以及其他各種電磁輻射,包括後來發現的﹑波長比紫外線更短的X光﹑伽馬射線以及宇宙射線等,本質上都是相同的,都是電磁波,只是波長不同而已。

    現在我們有依波長大小或頻率高低排列的「全電磁輻射光譜」。若由波長大的開始,則第一個是無線電的長波,以下依次是中波﹑短波﹑微波﹑IR﹑VIS﹑UV﹑X射線﹑伽馬射線,最後是宇宙射線。但要注意,其實在各種輻射之間並沒有真正的分界線,其間的變化乃是重疊與漸轉的。

    馬克士威在物理學史上的地位相當崇高,他是承先啟後的關鍵人物,上承牛頓﹑下啟愛因斯坦,他所發展的電磁場理論成為以後所有場論的模式。他還導出氣體分子速度與能量的分布律,對氣體動力論與統計物理學有重大貢獻。赫茲是第一位播出並接收無線電波的科學家,他的發明與發現應用在今日的廣播﹑電視與無線電通訊各方面,對人類的現代化生活有無比重大的貢獻,我們將他的大名用做波動頻率的單位,每秒一次稱為一赫茲,簡稱一赫,寫成 Hz,如收聽電台廣播,就常聽到報台時說:這裏是某某電台,中波週率幾千赫,或調頻週率幾兆赫等等。

    Source(s): 只找ㄉ到光譜是什麼~"~
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